JP6284569B2 - グラブ浚渫機 - Google Patents

Description

本発明は、グラブ浚渫船に装備したクレーンのジブから吊支したグラブバケットによる［旋回］→［巻下］→［掴み］→［巻上］→［旋回］→［開口］の各動作を１サイクルとして、所定水域の水底を掘削する浚渫作業を行うためのグラブ浚渫機に関する。

浚渫作業は船舶の航路や泊地の確保等を主たる目的として、一定容量のグラブバケットの巻上・巻下及び開閉操作等を繰り返す作業であり、作業効率を追求した結果、グラブ浚渫機は大型化する傾向にある。特に近年は、成長戦略の一環として、港の強化と国際競争力の増強を目的とした国際コンテナ・バルク戦略港湾の整備を行っており、船舶の大型化や港湾設備の大規模化に伴って、グラブ浚渫機もより大型化するとともに、更なる作業効率の向上が求められている。

グラブ浚渫機を使用した浚渫作業の作業効率を向上させるためには、使用機材の大小を問わず土砂を掴んだ負荷の大きい状態でのグラブバケットの巻上速度を向上させることが本質的な課題となる。そのため、グラブ浚渫機の動力源として、大型高出力のディーゼルエンジンが搭載されるようになっており、その結果、燃料の消費量も多くなり、燃料効率が悪化している。

併せて、環境問題の１つとして、地球温暖化に対する危機意識の高まりとともに、温暖化防止のために二酸化炭素排出量の抑制が強く求められている。例えば、２０１５年末に開催されたＣＯＰ２１（国連気候変動枠組条約第２１回締約国会議）において、２０２０年以降の温暖化対策の国際枠組み「パリ協定」が採択され、途上国を含むすべての国（１９６カ国・地域）が史上初めて温暖化防止にともに努めると約束している。グラブ浚渫機の多くはディーゼルエンジンを動力源として、グラブバケットの巻上・巻下及び開閉操作等を行っており、作業時には大量の運動エネルギーを消費し、二酸化炭素を排出している。特に大型高出力のディーゼルエンジンは、燃料消費量も多く、二酸化炭素の排出量も多い。グラブ浚渫機は地球環境に対する配慮がなされていない時代に遅れた土木機械といっても過言ではない。そのため、グラブ浚渫機においても二酸化炭素の排出量を減らすことが、最早避けて通れない社会的な課題となっている。

そのため、グラブ浚渫機においても、環境への負荷を低減させるため、ディーゼルエンジンの動力に換えて、エンジン発電機によって発電した電力によって、即ちモータによってグラブバケットの巻上・巻下及び開閉操作等を行うグラブ浚渫機が提供されている。例えば、特許文献１に示す浚渫船では、モータによって巻上ドラム、支持ドラムを駆動させ、グラブバケット巻下時のモータの逆回転による回生電力を蓄電器に蓄電し、その電力をグラブバケットの巻上時にモータに供給して再利用している。

特開２０１３−７２１７８号公報

しかしながら、ディーゼルエンジンの動力によって、グラブバケットの巻上・巻下及び開閉操作等を行う従来タイプのグラブ浚渫機では、依然として環境への負荷を低減するという社会的な課題に対する対策が遅れており、二酸化炭素の排出，騒音の解消，ディーゼルエンジンの高出力時の黒煙の削減等の環境への負荷低減が強く求められている。

同時に、作業効率の向上という本質的な課題の解決のため、サイクルタイムに占める割合の多い巻上動作における巻上速度の向上をディーゼルエンジンの大型化，高出力化によることなく実現することも求められている。

更に、フェイルセーフ（fail safe）の観点からも、グラブ浚渫機の動力源に何らかの障害が発生した場合にも作業を継続でき、グラブバケットが海中に在る場合は、少なくともこれを巻上ることができることが望ましい。この点、特許文献１に示すシステムでは、モータに何らかの障害が発生した場合には、最早作業を継続することができない。また、蓄電した回生電力もモータに供給することによって利用するものであり、既存のディーゼルエンジンを動力源とするグラブ浚渫機には適用することができないし、モータに障害が生じれば利用することができないため、緊急時の安全対策とはなり得ていない。即ち、特許文献１に示すシステムは動力源であるモータそのものを補助するために回生電力を使用するものであって動力源と同一系統上の補助手段であり、動力源とは別系統でグラブ浚渫機を補助するものではない。

そこで、本発明は、社会的な課題である環境への負荷低減と、本質的な課題である作業効率の向上という相反する双方の課題を同時に達成するとともに、障害発生時の安全性を確保するという新たな課題を達成するグラブ浚渫機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの動力をオメガクラッチ付トルクコンバータを介して、支持ドラム及び開閉ドラムを連結した減速機に伝達することによって、支持ドラムに繰出・巻取可能に巻回した支持ロープ及び開閉ドラムに繰出・巻取可能に巻回した開閉ロープに吊支したグラブバケットを巻上・巻下及び開閉操作するグラブ浚渫機において、減速機の入力軸の一方にオメガクラッチ付トルクコンバータを連結し、減速機の入力軸の他方に電動機を連結し、電動機にインバータ／コンバータ及び充／放電器を介して蓄電器を接続することによって、グラブバケットの巻下時の運動エネルギーを電動機によって電気エネルギーに変換した回生電力をインバータ／コンバータ及び充／放電器を介して蓄電器に蓄電し、グラブバケットの巻上時にはディーゼルエンジンの動力に加えて、蓄電器に蓄電した電力を充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給し、減速機を介して支持ドラム及び開閉ドラムの動力として使用することによって、ディーゼルエンジンの動力によるグラブバケットの巻上を補助するグラブ浚渫機を基本として提供する。

そして、減速機の入力軸の他方に電動機を連結するとともに、ディスクブレーキを装備した構成、及びディスクブレーキによる制動によって、ディーゼルエンジンの動力を使用してオメガクラッチ付きトルクコンバータをストール状態とすることなく、グラブバケットを任意の高さに停止させて吊支可能な構成を提供する。

また、グラブバケットの巻上時において、蓄電器から充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給する電力による補助によって、ディーゼルエンジンの燃料削減を実現する構成、グラブバケットの巻上時において、蓄電器から充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給する電力による補助によって、ディーゼルエンジンの出力のピークカットを実現する構成を提供する。

更に、回生電力の発生をグラブバケットの巻下時における制動力として利用する構成、回生電力の発生による制動力に代えて、ディーゼルエンジンの動力をオメガクラッチ付トルクコンバータで制御することによって、グラブバケットの巻下時における制動力を得る構成を提供する。

そして、グラブバケットの巻上時において、蓄電器からの電力を使用することなく、ディーゼルエンジンの動力のみでグラブバケットを巻上可能とした構成、ディーゼルエンジンの動力が使用できない場合に、蓄電器からの電力のみによって、グラブバケットを巻上可能とした構成、及び蓄電器として、キャパシタ，電気二重層キャパシタ，リチウムイオン電池から選択した一種を使用する構成を提供する。

本発明にかかるグラブ浚渫機によれば、グラブバケットの巻下時の運動エネルギーを電動機によって電気エネルギーに変換した回生電力を蓄電し、蓄電した電力によって、最も負荷の大きいグラブバケットの巻上時における動力を補助することができ、特にはディーゼルエンジンの出力のピークをカットすることが可能である。そのため、蓄電した電力を使用する分だけ、ディーゼルエンジンのサイズダウンを図ることができ、その燃料及び二酸化炭素の排出量を削減でき、環境への負荷を緩和することができる。また、ディーゼルエンジンのサイズダウンに併せてオメガクラッチ付トルクコンバータもサイズダウンを図ることができる。或いは、ディーゼルエンジンやオメガクラッチ付トルクコンバータをサイズダウンすることなく、電力による補助を巻上速度の向上に利用することも可能となる。

また、電動機を連結した減速機の入力軸にディスクブレーキを装備するとともに、蓄電器に蓄電した電力によって制動することにより、ディーゼルエンジンに連結したオメガクラッチ付トルクコンバータをストール状態とすることなく、即ち、ディーゼルエンジンの動力によることなく、グラブバケットを任意の高さに停止させて吊支することができる。よって、従来のディーゼルエンジンのストール時における燃料を削減することができる。浚渫作業の１サイクルにおける旋回と開口に要する時間は１／３以上を占めているため、燃料節約に十分資することができる。

しかも、グラブバケットの巻上時は蓄電器から電動機へ、又グラブバケットの巻下時は電動機から蓄電器への電力移動があるだけで、作業船に補助のための発電機を設備する必要性はない。そのため、既存の浚渫機でも本発明を適用することが可能である。更に、仮に電動機や蓄電器の機能が喪失したとしても、従来型浚渫機としてディーゼルエンジンのみによって浚渫作業を継続することができる。また、ディーゼルエンジンやオメガクラッチ付トルクコンバータに故障が発生した場合においても、蓄電器に蓄電した電力によって電動機だけで海底や海中に在るグラブバケットを安全な高さまで巻上げ、作業現場より避難することができ、ディーゼルエンジンと蓄電器という２系統の動力源を装備することができるため、フェイルセーフ（fail safe）を実現することができる。

本発明にかかるグラブ浚渫機の第１実施形態の要部説明図。 本発明にかかるグラブ浚渫機の第２実施形態の要部説明図。 第１実施形態の動力線図。 第２実施形態の動力線図。 グラブ浚渫機の外観説明図。

以下図面に基づいて本発明にかかるグラブ浚渫機の実施形態を説明する。図１は本発明にかかるグラブ浚渫機１の第１実施形態の要部説明図、図５はその外観説明図である。図５において、６１は作業船上に設置された旋回輪であり、旋回輪６１に円周状に配置されたローラを介して旋回フレーム６２が旋回可能に設置されている。旋回フレーム６２内には、オペレータの運転室が装備されるとともに、図１に示すように、グラブ浚渫機１の各構成部材が配置されている。

２０はディーゼルエンジンであり、グラブ浚渫機１の動力源である。ディーゼルエンジン２０の一方の出力軸２０ａに装備したフライホイール２１に連結したオメガクラッチ付トルクコンバータ２２を減速機３０の一方の入力軸３０ａに連結している。ディーゼルエンジン２０の他方側の出力軸２０ｂには旋回油圧ポンプ５１及び起伏油圧ポンプ５２が連結される。ディーゼルエンジン２０の動力によって、旋回油圧ポンプ５１から旋回モータ５３に圧油を供給して旋回輪６１を駆動してグラブ浚渫機１を旋回させる。同様に、ディーゼルエンジン２０の動力によって、起伏油圧ポンプ５２から起伏モータ５４に圧油を供給して起伏ドラム４２を回転駆動させる。

図５において、６３はガントリーフレームであって、旋回フレーム６２の上面に立設され、先端に配備した起伏シーブ６４を介して起伏ドラム４２から起伏ロープ６５を繰り出して旋回フレーム６２に立設したジブ６６の先端に固着している。よって、ジブ６６は、起伏ドラム４２から起伏ロープ６５を巻取・繰出すことによって起伏可能である。

減速機３０の出力軸３０ｃに支持ドラム４０が、出力軸３０ｄには開閉ドラム４１が連結され、オメガクラッチ付トルクコンバータ２２を介して伝達されたディーゼルエンジン２０の動力によって回転駆動する。６７は支持ロープであり、支持ドラム４０から支持シーブ６８及びジブ６６の先端に設置した先端シーブ６９を介してグラブバケット６０に固着されている。７０は開閉ロープであり、開閉ドラム４１から開閉シーブ７１及びジブ６６の先端に設置した先端シーブ７２を介してグラブバケット６０のシーブボックスに固着されている。

よって、支持ドラム４０から支持ロープ６７を、開閉ドラム４１から開閉ロープ７０を巻取・繰出すことによって、グラブバケット６０を巻上・巻下することができ、支持ロープ６７を停止させた状態で開閉ロープ７０を巻取・繰出すことによってグラブバケット６０を開閉操作することができる。なお、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１の両端には、それぞれ内部拡張式のバンドクラッチ及び外締め式のバンドブレーキを装備している。

オメガクラッチ付トルクコンバータ２２のオメガクラッチは、連続スリップ可能な油圧クラッチであり、制御圧力をコントロールすることにより、油圧クラッチの結合度を任意に変化させることができる。そのため、制御圧力を０にすると、クラッチは切り離され、ディーゼルエンジン２０の回転はオメガクラッチ付トルクコンバータ２２には伝わらない。一方、制御圧力を最大にするとクラッチは完全結合し、ディーゼルエンジン２０の定格回転数をオメガクラッチ付トルクコンバータ２２に伝えることができる。 その中間の制御圧力では圧力に応じてオメガクラッチはスリップしながら任意の回転数をオメガクラッチ付トルクコンバータ２２に伝える。

グラブバケット６０の加速時や巻上時には最大トルクを必要とするため、オメガクラッチ付トルクコンバータ２２のオメガクラッチを完全結合させている。そして、オメガクラッチ付トルクコンバータ２２のトルクを調節することによって、グラブバケット６０を一定高さに停止させて吊支することをストール状態という。

上記したように、本発明にかかるグラブ浚渫機１は、ディーゼルエンジン２０の動力をオメガクラッチ付トルクコンバータ２２を介して、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１を連結した減速機３０に伝達することによって、支持ドラム４０に繰出・巻取可能に巻回した支持ロープ６７及び開閉ドラム４１に繰出・巻取可能に巻回した開閉ロープ７０に吊支したグラブバケット６０を巻上・巻下及び開閉操作する構成であれば、特に限定はなく、公知のグラブ浚渫機を使用することができる。

本発明にかかるグラブ浚渫機１は、上記した公知のグラブ浚渫機に、図１において２点鎖線で囲繞した蓄電／放電機構Ｓを付加したことに特徴を有する。減速機３０の他方の入力軸３０ｂに電動機１０を連結するとともに、電動機１０にインバータ／コンバータ１１及び充／放電器１２を介して蓄電器１３を接続する。これによりグラブバケット６０の巻下時の運動エネルギーによって電動機１０を逆回転させて電気エネルギーに変換した交流の回生電力をインバータ／コンバータ１１のコンバータ機能によって直流に変換し、充／放電器１２の充電機能によって蓄電器１３に蓄電する。蓄電器１３としては、蓄電／放電可能であれば特に限定はなく、キャパシタ，電気二重層キャパシタ，リチウムイオン電池等から選択した一種を使用する。

そして、グラブバケット６０の巻上時には蓄電器１３から充／放電器１２の放電機能を介してインバータ／コンバータ１１のインバータ機能によって、直流から交流に変換し、電動機１０の動力として供給する。そのため、グラブバケット６０の巻上時にはディーゼルエンジン２０の動力に加えて、蓄電器１３からの電力による電動機１０の動力を減速機３０を介して、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１に供給することによりグラブバケット６０の巻上を補助する。

次に図２に基づいて、本発明にかかるグラブ浚渫機１の第２実施形態を説明する。図１に示す第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第２実施形態では、減速機３０の一方の入力軸３０ａにオメガクラッチ付トルクコンバータ２２を連結し、減速機３０の他方の入力軸３０ｂに電動機１０を連結するとともに、入力軸３０ｂ上にディスクブレーキ１４を装備する。このディスクブレーキ１４による制動によって、ディーゼルエンジン２０の動力を使用することなく、グラブバケット６０を任意の高さに停止させて吊支することが可能となる。よって、グラブバケット６０を任意の高さに停止させる吊支時において、ディーゼルエンジン２０の動力を使用してオメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態とする必要がない。その他の構成は第１実施形態と同様である。なお、ディスクブレーキ１４は電磁ブレーキであって、作業船本体から供給された電力に駆動する。

上記した構成のグラブ浚渫機１の第１実施形態の使用方法について、浚渫作業の１サイクルを構成するグラブバケット６０の［旋回］→［巻下］→［掴み］→［巻上］→［旋回］→［開口］の各動作をそれぞれ説明する。

［旋回動作］
ディーゼルエンジン２０の動力を、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態に保つことにより、グラブバケット６０を所定高さに吊支するとともに、ディーゼルエンジン２０の動力によって旋回油圧ポンプ５１から旋回モータ５３に圧油を供給して、旋回輪６１を駆動させジブ６６を旋回させることによって、グラブバケット６０を投入する海域の上空に移動させる。このとき、グラブバケット６０は開口している。なお、ジブ６６の起伏角度は、起伏モータ５４によって起伏ドラム４２を回転駆動させ、起伏ロープ６５を繰出し、或いは巻取ることによって、任意の角度に調節する。

［巻下動作］
グラブバケット６０を開口した状態で、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態から緩めていくと、重量物であるグラブバケット６０の自重により落下し、支持ドラム４０から支持ロープ６７が、又開閉ドラム４１から開閉ロープ７０が、それぞれ繰り出されて、グラブバケット６０が所定の位置まで巻下げられる。

このとき、グラブバケット６０の自重落下による運動エネルギーによって、減速機３０の入力軸３０ｂに連結した電動機１０が逆回転して発電作用をする。即ち、グラブバケット６０の巻下時の運動エネルギーを電動機１０によって電気エネルギーに変換した回生電力を得ることができる。得られた回生電力を、インバータ／コンバータ１１のコンバータ機能によって交流電流から直流電流に変換し、充／放電器１２の充電機能によって蓄電器１３に蓄電する。

また、電動機１０が発電すると、そのトルクが制動力に変換されるため、その分、巻下時における制動力としてのディーゼルエンジン２０の動力を軽減することができる。なお、巻下時に蓄電器１３が満充電になると、電動機１０は発電作用を停止して空転することとなるが、その場合にはオメガクラッチ付きトルクコンバータ２２による制動力を調節することによって、巻下動作を継続することができる。

［掴み動作］
所定の浚渫箇所にグラブバケット６０を着底させた後、開閉ドラム４１のバンドクラッチを結合するとともに、支持ドラム４０のバンドブレーキを緊締した状態で、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２の結合度を上げて、支持ドラム４０を停止させた状態で開閉ドラム４１で開閉ロープ７０を巻取ってグラブバケット６０を閉じることにより、土砂を掘削してグラブバケット６０に取り込んで掴む。なお、支持ドラム４０，開閉ドラム４１の双方ともに、バンドブレーキを緊締するとバンドクラッチが開放され、バンドクラッチを結合するとバンドブレーキが開放される構成である。

［巻上動作］
グラブバケット６０を閉じた状態で、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１の双方のバンドクラッチを結合し、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２のクラッチ機構を完全に結合させることによって、ディーゼルエンジン２０の動力によって、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１を巻上方向に回転させ、掘削土砂を掴んだグラブバケット６０を巻上げる。従来、この巻上動作は負荷が大きく、又巻上速度を上げてサイクルタイムを短縮するため、ディーゼルエンジン２０の最大出力で作業を行うことが多い。そのため、ディーゼルエンジン２０の燃料効率が悪く、ピーク出力時には黒煙が発生する等環境に負荷を与えていた。

これに対し、本発明の巻上動作では、ディーゼルエンジン２０の動力とともに、蓄電器１３に蓄電した電力を充／放電器１２の放電機構を介して、インバータ／コンバータ１１に供給し、インバータ／コンバータ１１のインバータ機能によって直流電流から交流電流に変換して電動機１０に供給し、減速機３０を介して支持ドラム４０及び開閉ドラム４１の動力として使用する。これにより、ディーゼルエンジン２０の動力によるグラブバケット６０の巻上動作を補助する。

この蓄電器１３からの電力の供給は、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１のバンドクラッチが結合した状態で、電動機１０が巻上方向であるという条件が満たされれば、自動的に供給されるように設定する。また、グラブバケット６０の巻上を停止すると、蓄電器１３からの電力の供給は停止する。

［旋回動作］及び［開口動作］
所定の高さまで、グラブバケット６０の巻上を完了すると、支持ドラム４０及び開閉ドラム４１のバンドクラッチを結合した状態で、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態として、所定の高さでグラブバケット６０を吊支し、ジブ６６を旋回させて、グラブバケット６０をバージ上空まで移動させる。そして、開閉ドラム４１のバンドクラッチを開放し、グラブバケット６０のシーブボックスの自重で開閉ロープ７０を巻出すことによって、グラブバケット６０を開口して掘削した土砂を放出する。これによって１サイクルの浚渫動作が終了し、以後浚渫作業を終了するまで、この動作を繰り返す。

次に、グラブ浚渫機１の第２実施形態の使用方法について、前記した第１実施形態と異なる使用方法について説明する。その他の使用方法は、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１実施形態の構成に付加して、減速機３０の他方の入力軸３０ｂに電動機１０を連結するとともに、入力軸３０ｂ上にディスクブレーキ１４を装備している。このディスクブレーキ１４を緊締することによって、グラブバケット６０を制動することができ、ディーゼルエンジン２０の動力を使用することなく、グラブバケット６０を任意の高さに停止させて吊支することができる。よって、グラブバケット６０の旋回動作時や掘削した土砂の放出時において、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態とする必要がなく、この動作時の間はディーゼルエンジン２０の動力をジブ６６の旋回操作以外には使用する必要がない。

図３は第１実施形態のグラブ浚渫機１を使用した浚渫作業におけるグラブバケット６０の各動作におけるディーゼルエンジン２０の出力と、蓄電器１３からの補助電力Ｓ１の供給及び蓄電器１３へ蓄電する発電力Ｓ２の発生との関係を示す動力線図である。

［工程Ａ：掴み動作］
工程Ａに示す掴み動作においては、ディーゼルエンジン２０の動力のみによってグラブバケット６０を閉じており、蓄電器１３からの電力供給及び蓄電器１３への蓄電は行われていない。

［工程Ｂ：巻上動作］
工程Ｂはグラブバケット６０の巻上動作を示しており、最大Ｑ１の動力を出力しているが、蓄電器１３から補助電力Ｓ１がＱ３分の動力を補助している。そのため、ディーゼルエンジン２０の出力はＱ２（Ｑ１−Ｑ３）でよい。よって、ディーゼルエンジン２０の出力は、Ｑ３分だけ軽減される。即ち、蓄電器１３からの電力の補助がなければ、ディーゼルエンジン２０はＱ１の出力が必要となるところ、Ｑ２の出力でＱ１の出力と同等の巻上動作ができる。よって、最も負荷の大きい加速時において、ディーゼルエンジン２０の出力のピークカットを実現することができる。そのため、省エネを実現でき、ディーゼルエンジン２０及びオメガクラッチ付トルクコンバータ２２のサイズダウンを図ることが可能である。

一方、ディーゼルエンジン２０の出力をＱ１に維持すれば、蓄電器１３からの補助電力分Ｑ３によって、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２の出力軸トルクが小さくなり、その分巻上速度が向上し、作業効率が向上する。

［工程Ｃ：旋回動作，工程Ｄ：開口動作，工程Ｅ：旋回動作］
工程Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれ旋回動作，開口動作，旋回動作を示しており、ディーゼルエンジン２０の動力によって、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態に維持することによって、ディーゼルエンジン２０の動力のみによってグラブバケット６０を操作しており、蓄電器１３からの電力供給及び蓄電器１３への蓄電は行われていない。

［工程Ｆ：巻下動作］
工程Ｆはグラブバケット６０の巻下動作を示しており、グラブバケット６０の自重落下を制御するために、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２の出力を調節して、Ｑ４の動力を制動力として出力しているが、グラブバケット６０の自重落下により電動機１０の逆回転による発電力Ｓ２がＱ６分だけ制動力を補助している。そのため、制動力としてのディーゼルエンジン２０の出力はＱ５（Ｑ４−Ｑ６）でよい。このＱ６に示すグラブバケット６０の自重落下により電動機１０の逆回転によって発電した発電力Ｓ２（回生電力）を蓄電器１３に蓄電し、工程Ｂにおける補助電力として使用する。

図４は第２実施形態のグラブ浚渫機１を使用した浚渫作業におけるグラブバケット６０の各動作におけるディーゼルエンジン２０の出力と、蓄電器１３からの補助電力の供給及び蓄電器１３への蓄電とディスクブレーキ１４の緊締による代替出力との関係を示す動力線図である。図３に示す第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［工程Ｃ：旋回動作，工程Ｄ：開口動作，工程Ｅ：旋回動作］
工程Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれ旋回動作，開口動作，旋回動作を示しており、第２実施形態では、各動作において、ディスクブレーキ１４を緊締することによって、グラブバケット６０を制動することができ、ディーゼルエンジン２０の動力を使用することなく、グラブバケット６０を任意の高さに停止させて吊支することができる。そのため、ディーゼルエンジン２０の動力を使用してオメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態とする必要がない。ディーゼルエンジン２０の動力は僅かにジブ６６の旋回動作に使用されるのみである。

図４の工程Ｃ，Ｄ，Ｅにおいて、グラブバケット６０を任意の高さに停止させて吊支するために、ディーゼルエンジン２０は本来オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２のストール状態を維持する必要があり、最大Ｑ７の動力を出力する必要があるところ、第２実施形態ではディスクブレーキ１４を緊締してグラブバケット６０を制動して任意の高さに停止させて吊支するため、ディーゼルエンジン２０はオメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストール状態とするために必要とするＱ８分の動力を出力する必要がない。Ｑ８分の動力はディスクブレーキ１４が代替出力Ｓ３として代替する。その結果、ディーゼルエンジン２０はＱ９分の動力によって、工程Ｃ，Ｄ，Ｅの各作業を行うことができる。よって、オメガクラッチ付きトルクコンバータ２２をストールさせる動力を削減することができ、ディーゼルエンジン２０の出力は、Ｑ８分だけ軽減されたＱ９（Ｑ７−Ｑ８）でよく、Ｑ９の出力でＱ７の出力と同等の旋回動作を行うことができる。

本発明にかかるグラブ浚渫機によれば、グラブバケットの巻下時の運動エネルギーを電動機によって電気エネルギーに変換した回生電力を蓄電し、蓄電した電力によって、最も負荷の大きいグラブバケットの巻上時における動力を補助することができ、特にはディーゼルエンジンの出力のピークをカットすることが可能である。そのため、蓄電した電力を使用する分だけ、ディーゼルエンジンのサイズダウンを図ることができ、その燃料及び二酸化炭素の排出量を削減でき、環境への負荷を緩和することができる。また、ディーゼルエンジンのサイズダウンに併せてオメガクラッチ付トルクコンバータもサイズダウンを図ることができる。或いは、ディーゼルエンジンやオメガクラッチ付トルクコンバータをサイズダウンすることなく、電力による補助を巻上速度の向上に利用することも可能となる。

また、電動機を連結した減速機の入力軸にディスクブレーキを装備するとともに、蓄電器に蓄電した電力によって制動することにより、ディーゼルエンジンに連結したオメガクラッチ付トルクコンバータをストール状態とすることなく、即ち、ディーゼルエンジンの動力によることなく、グラブバケットを任意の高さに停止させて吊支することができる。よって、従来のディーゼルエンジンのストール時における燃料を削減することができる。浚渫作業の１サイクルにおける旋回と開口に要する時間は１／３以上を占めているため、燃料節約に十分資することができる。

しかも、グラブバケットの巻上時は蓄電器から電動機へ、又グラブバケットの巻下時は電動機から蓄電器への電力移動があるだけで、作業船に補助のための発電機を設備する必要性はない。そのため、既存の浚渫機でも本発明を適用することが可能である。更に、仮に電動機や蓄電器の機能が喪失したとしても、従来型浚渫機としてディーゼルエンジンのみによって浚渫作業を継続することができる。また、ディーゼルエンジンやオメガクラッチ付トルクコンバータに故障が発生した場合においても、蓄電器に蓄電した電力によって電動機だけで海底や海中に在るグラブバケットを安全な高さまで巻上げ、作業現場より避難することができ、ディーゼルエンジンと蓄電器という２系統の動力源を装備することができるため、フェイルセーフ（fail safe）を実現することができる。

Ｓ…蓄電／放電機構
Ｓ１…補助電力
Ｓ２…発電力
Ｓ３…代替出力
１…グラブ浚渫機
１０…電動機
１１…インバータ／コンバータ
１２…充／放電器
１３…蓄電器
１４…ディスクブレーキ
２０…ディーゼルエンジン
２０ａ，２０ｂ…出力軸
２１…フライホイール
２２…オメガクラッチ付きトルクコンバータ
３０…減速機
３０ａ，３０ｂ…入力軸
３０ｃ，３０ｄ…出力軸
４０…支持ドラム
４１…開閉ドラム
４２…起伏ドラム
５１…旋回油圧ポンプ
５２…起伏油圧ポンプ
５３…旋回モータ
５４…起伏モータ
６０…グラブバケット
６１…旋回輪
６２…旋回フレーム
６３…ガントリーフレーム
６４…起伏シーブ
６５…起伏ロープ
６６…ジブ
６７…支持ロープ
６８…支持シーブ
６９，７２…先端シーブ
７０…開閉ロープ
７１…開閉シーブ

Claims (10)

1. ディーゼルエンジンの動力をオメガクラッチ付トルクコンバータを介して、支持ドラム及び開閉ドラムを連結した減速機に伝達することによって、支持ドラムに繰出・巻取可能に巻回した支持ロープ及び開閉ドラムに繰出・巻取可能に巻回した開閉ロープに吊支したグラブバケットを巻上・巻下及び開閉操作するグラブ浚渫機において、
   減速機の入力軸の一方にオメガクラッチ付トルクコンバータを連結し、減速機の入力軸の他方に電動機を連結し、電動機にインバータ／コンバータ及び充／放電器を介して蓄電器を接続することによって、
   グラブバケットの巻下時の運動エネルギーを電動機によって電気エネルギーに変換した回生電力をインバータ／コンバータ及び充／放電器を介して蓄電器に蓄電し、
   グラブバケットの巻上時にはディーゼルエンジンの動力に加えて、蓄電器に蓄電した電力を充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給し、減速機を介して支持ドラム及び開閉ドラムの動力として使用することによって、ディーゼルエンジンの動力によるグラブバケットの巻上を補助することを特徴とするグラブ浚渫機。
2. 減速機の入力軸の他方に電動機を連結するとともに、ディスクブレーキを装備した請求項１記載のグラブ浚渫機。
3. ディスクブレーキによる制動によって、ディーゼルエンジンの動力を使用してオメガクラッチ付きトルクコンバータをストール状態とすることなく、グラブバケットを任意の高さに停止させて吊支可能な請求項２記載のグラブ浚渫機。
4. グラブバケットの巻上時において、蓄電器から充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給する電力による補助によって、ディーゼルエンジンの燃料削減を実現する請求項１，２又は３記載のグラブ浚渫機。
5. グラブバケットの巻上時において、蓄電器から充／放電器及びインバータ／コンバータを介して電動機に供給する電力による補助によって、ディーゼルエンジンの出力のピークカットを実現する請求項１，２，３又は４記載のグラブ浚渫機。
6. 回生電力の発生をグラブバケットの巻下時における制動力として利用する請求項１，２，３，４又は５記載のグラブ浚渫機。
7. 回生電力の発生による制動力に代えて、ディーゼルエンジンの動力をオメガクラッチ付トルクコンバータで制御することによって、グラブバケットの巻下時における制動力を得る請求項６記載のグラブ浚渫機。
8. グラブバケットの巻上時において、蓄電器からの電力を使用することなく、ディーゼルエンジンの動力のみでグラブバケットを巻上可能とした請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のグラブ浚渫機。
9. ディーゼルエンジンの動力が使用できない場合に、蓄電器からの電力のみによって、グラブバケットを巻上可能とした請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のグラブ浚渫機。
10. 蓄電器として、キャパシタ，電気二重層キャパシタ，リチウムイオン電池から選択した一種を使用する請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９記載のグラブ浚渫機。

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