JP6473753B2 - ホイストに用いられる高強度繊維ロープの廃棄状態を検出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは、スチールワイヤロープに代えて高強度繊維ロープを用いるクレーンのようなホイストに関する。本発明は、特に、そのようなホイストにて用いられる場合の高強度繊維ロープの廃棄状態を検出するための装置であって、少なくとも１つのロープパラメータを検出するための検出手段と、ロープパラメータを評価し、かつロープパラメータの評価をもとに廃棄信号を提供するための評価ユニットとを有する装置に関する。

長年にわたってクレーンに成功裏に用いられてきたスチールワイヤロープに代えて、アラミド繊維（ＨＰＭＡ）、アラミド／カーボン混紡繊維、高弾性ポリエチレン繊維（ＨＭＰＥ）、又はポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維（ＰＢＯ）のような合成繊維からなる高強度繊維ロープを用いる試みが、最近なされている。そのような高強度繊維ロープの利点は、それが軽量であることにある。同一のロープ径及び同一以上の引張強度にて、そのような高強度繊維ロープが比較対象のスチールワイヤロープに比べて軽量であることは、明らかである。特に、ロープ長が長くなってしまう高いクレーンでは、これにより、大きな重量低減効果が得られ、これがクレーンの自重に反映されるので、クレーン設計の他の項目が不変であれば取り扱い荷重が増大する。

しかしながら、そのような高強度繊維ロープの欠点は、その破断挙動、すなわち明確な長期にわたる事前の警告なしに故障に至る点にある。スチールワイヤロープでは、摩耗が明白な形で現れるので、かなり前に故障の前兆が示される。例えば、個々のスチールワイヤが破断して、その開いた断面が現れると、容易に検知できる。これに対し、高強度繊維では、肉眼で検知できて実際の故障のかなり前に前兆となるような破断面が外部に現れることはない。したがって、高強度繊維では、高強度繊維ロープの廃棄状態がいつ生じるかについての早期検知を可能にする知的な監視手段が必要になる。

国際公開第２０１２／１００９３８号から、応力のもとでロープが使用される期間にて変化する種々のロープ廃棄基準に従って試験を行うことにより、高強度繊維ロープの廃棄状態を検出することは公知である。ここに言うロープ廃棄基準として、ロープ径と、ロープが挟持されたときに生じる断面積の変化により測定された剪断応力剛性と、経験した応力サイクルの数とが監視される。しかしながら、これら個々の廃棄基準の情報価値は限られている。すなわち、高い信頼性をもって廃棄状態が検出され得る前に、これら廃棄基準の相互作用が、かなり複雑な監視プロセスで監視され、かつ評価されなければならないのである。

これを基礎として、本発明の目的は、従来技術の欠点を回避しつつ有利に発展した、高強度繊維ロープの廃棄状態を検出するための、改良された装置を提供することにある。好ましくは、単純ではあるが高い信頼性を有しかつ正確な、廃棄状態の検出が達成されるべきである。そして、その検出は、安全性を損なうことなく繊維ロープの残余の寿命を経済的に活用できるようにし、また苛酷な稼働条件のもとでも高い信頼性をもって機能する単純な検出手段とともに建設機械に用いられ得るべきである。

本発明によれば、上記目的は、請求項１の装置と、請求項１０のクレーンとにより達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

したがって、ロープの屈曲剛性を監視し、当該ロープの屈曲剛性により廃棄状態を判定することが提案される。本発明によれば、評価ユニットは、ロープの屈曲剛性を判定するための屈曲剛性判定手段を有し、評価ユニットは、ロープの判定された屈曲剛性をもとに廃棄信号を提供する。スチールワイヤロープは、ロープの寿命に応じた屈曲剛性の有意なる変化を示さないのに対し、高強度繊維ロープでは、これと違っている。ロープの使用開始時までは柔軟であるフィラメントが堅くなり、当該ロープが引張応力及び曲げ応力により曲がりにくくなる。このロープ屈曲剛性の増加は、容易に測定可能である。これは、ロープの監視された屈曲剛性により、廃棄状態が高い信頼性をもってかつ正確に判定され得ることを意味する。つまり、ロープ屈曲試験にて、未使用のロープがかなり低い屈曲剛性を示すのに対し、限界点まで駆動されたロープは、長期間にわたる苛酷な応力の結果として、ロープの初期状態の何倍もの、非常に高い屈曲剛性を示すのである。この増加はサイクル対故障率とともに連続的に上昇し、ロープが破断する時点で最高点に達する。これは、当該評価ユニットが、高い信頼性をもって容易に廃棄状態を判定することができることを意味する。

本発明の更なる発展によれば、屈曲剛性判定手段は、互いに離間した２つのロープ支持要素と、剪断力でロープに圧力を印加する少なくとも１つの剪断力印加器とを有し得る。ここに、剪断力印加器及び／又はロープ支持要素は、ロープに湾曲が与えられるように、ロープの長手方向に対して交差する方向に移動可能である。有利なことに、横方向に移動可能な剪断力印加器は、互いに離間した２つのロープ支持要素の間に配置され得て、かつ当該２つのロープ支持要素を結ぶラインと交差することが不可欠であって、その動きは、剪断力印加器の押圧ヘッド又は係合ヘッドが、前記ラインに向かって、有利には当該ラインと交差するように、可動である。原則的には、前記剪断力印加器を２つのロープ支持要素の間ではなく、２つのロープ支持要素の一方の側に配置することも可能である。特に、張り出した屈曲ビームのように剪断力印加器がロープに対して作用するべく、２つのロープ支持要素を超えた前記ラインの延長線上の領域に前記剪断力印加器を配置することも可能である。

２つのロープ支持要素の間に剪断力印加器を有する上記装置において、２つのロープ支持要素がロープの一方の側に配置される一方、剪断力印加器がロープの反対側に配置されることが、当該装置にとって有利である。

本発明の更なる発展によれば、検査対象ロープの長手方向に対して交差するように印加される、剪断力印加器及び／又はロープ支持要素の剪断力及び／又は移動距離を測定するために、剪断力印加器及び／又はロープ支持要素に、張力計及び／又は移動距離メータが設けられ得る。そのような移動距離メータに代えて、ロープの長手方向に対して交差する方向のロープのたわみ又は変位を測定する、たわみセンサを設けてもよい。

ロープの屈曲剛性は、所定の剪断力で達成され得るロープのたわみにより、及び／又は、所定のたわみに必要な剪断力により、屈曲剛性判定手段で判定され得る。本発明の更なる発展によれば、これら２つの判定基準は、互いに組み合わせて用いることも可能である。特に、剪断応力剛性に関して生じ得る非線形性を考慮に入れて、所定のたわみを生じるのにどれほどの力が必要か、また所定の剪断力に対してどれほどのたわみが生じるかが判定される。

本発明の有利な更なる発展によれば、ロープは、生じ得る曲げモーメント又はトルクを吸収することなく、前記ロープ支持要素及び／又は剪断力印加器のみによって支持される。特に、ロープ支持要素及び剪断力印加器は、ロープの捩れ又は曲げに対してモーメント抵抗を生じないように設計される。例えば、ロープ支持要素及び剪断力印加器は、ロープの長手方向に交差する方向の力のみをほとんど完全に吸収し、ロープに対して曲げモーメントを伝えない、一方向支持の点又は面を形成し得る。

引張力が原因でロープに作用する応力によってロープ屈曲剛性の測定を歪曲することがないように、屈曲剛性判定手段は、各々の屈曲剛性測定にてロープへの同一の引張力条件を常に実現するための引張力調整器を有する。特に、前記引張力調整器は、ロープの屈曲剛性が判定されているときにロープを引張力からほとんど完全に解放するための引張力解除手段を有し得る。

原則的には、前記引張力解除手段に種々の設計が可能である。本発明の有利な更なる発展によれば、引張力解除手段は、ロープを長手方向に保持するための保持手段、好ましくはロープをクランプする少なくとも１つのロープクランプを有し得る。このロープクランプは、特に、吊上フックにおけるホイスト荷重を吸収するものであり、またロープ屈曲剛性について検査されるべきロープ区間を解放するものである。特に、前記ロープクランプは、クランプされたロープを解放することにより、又はロープ巻胴を巻き戻すことにより、ロープが挟持されたときに、検査されるべきロープ区間について、ほとんど完全な引張応力の解除が達成され得るように、屈曲剛性判定手段に対してロープ巻胴とは反対側でロープに関連付けられ得る。これに対応する制御手段は、ロープクランプとロープ巻胴との間にロープのたるみが生じるように、ロープ巻胴を所定長だけ巻き戻すべく、又は荷重を低減する方向にてロープ巻胴を駆動するべく、ロープ巻胴を制御し得る。

原則的には、廃棄信号を提供するための評価ユニットは、種々の態様で、例えばロープの屈曲剛性の変化を監視することにより、及び／又は、屈曲剛性の絶対値を監視することにより、作動し得る。特に、前記評価ユニットは、ロープの屈曲剛性及び／又はその変化がある閾値を超えるときに廃棄信号を提供するように、設計され得る。

例えば、１回以上の参照測定が未使用のロープで実行され得る。これにより、稼働中に生じるロープ屈曲剛性の変化の割合が変化の閾値と比較され得て、この閾値を超えるとき、又はこの閾値に達するときに、廃棄信号が提供される。特に、廃棄信号は、ロープの屈曲剛性が許容閾値を上回るように上昇したときに、提供され得る。これに代えて、又はこれに加えて、稼働中に絶えず又は周期的に監視されて判定された屈曲剛性は、あるタイプのロープ又は特定のロープの製造者から提供された絶対的な閾値と比較され得て、この閾値に達するとき、又はこの閾値を超えるときに、廃棄信号が提供される。また、これに代えて、又はこれに加えて、ロープ屈曲剛性の測定された変化が速過ぎるとき及び／又は遅過ぎるときに、すなわち、屈曲剛性の変化頻度がある閾値を上回るとき又は下回るときに、廃棄信号が提供され得る。この変化速度は、例えば、負荷サイクルカウンタで検出され、かつ評価ユニットにより考慮され得る、負荷サイクル数の変化速度であり得る。これに代えて、又はこれに加えて、この変化速度は、ロープ屈曲剛性の測定回数によって考慮に入れられるのみであってもよい。例えば、ある回数の測定の後に、例えば１０回目の測定の後に、検出されたロープ屈曲剛性の変化が、その目的のために設定された閾値を超えるときに、廃棄信号が提供される。

単純には、廃棄信号は、クレーン操作者に対して、例えば聴覚的に及び／又は視覚的に表示され得る。あるいは、ロープ駆動部を停止させるのに廃棄信号を用いてもよい。

本発明の有利な更なる発展によれば、屈曲剛性判定手段は、ホイストのロープ駆動部に固定的に取り付けられ得る。これにより、稼働中にロープの屈曲剛性が絶えず監視され得るので、ホイストの稼働状態にて、当該ホイストを特別な試験態様に取り替える必要性がない。これに代えて、又はこれに加えて、屈曲剛性判定手段は、複数の異なるホイストで共用され得る、着脱可能なユニットとして設けられてもよい。

本発明の有利な更なる発展によれば、屈曲剛性判定手段は、大部分の屈曲変化がかかるロープ駆動部のロープ区間に配置される。例えば、タワークレーンにおけるホイストロープでは、これは、トロリ上の転向プーリ及び吊上フック上の転向プーリにそれぞれ巻き付くように意図されたロープ区間であり得る。ホイストの設計及びロープを通すシステムに応じて、これらは、互いに異なるロープ区間であり得る。

以下、好ましい実施形態により、また図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

ラフ可能なジブのためにホイストロープ及び／又はブレースロープが繊維ロープとして設計され得る、本発明の有利な実施形態に係るタワークレーンの形で示した、本発明に係るホイストの概略図である。 図１に示されたクレーンのロープ駆動部と、当該ロープ駆動部に関連付けられた屈曲剛性判定手段との概略図であって、ロープにまだ応力が加えられずに、クレーン作業でロープの巻き上げ及び巻き戻しが可能な初期状態で当該判定手段が示された図である。 図２と同様にロープ駆動部と、当該ロープ駆動部に関連付けられた屈曲剛性判定手段との概略図であって、ロープが挟持され、ロープに引張応力ではなくて曲げ応力が加えられる実際の試験モードで屈曲剛性判定手段が示された図である。

図１は、本発明の有利な実施形態に係るホイストの例を、タワー部２１が可動台又は固定台２２の上に取り付けられた最上部旋回式クレーン２０の形態で示している。タワー部２１には、ブレーシング２４によって支えられたブーム２３が、従前の公知態様で連結されている。前記ブレーシング２４は、例えばブレーシングロッドの形態のような剛体であり得るが、ブーム２３の作業角度が変えられるように、ブレーシングウィンチ２５により長さが変更可能である、ロープを通す形態にて調整可能であってもよい。

図１に示されるように、タワークレーン２０にトロリブームを設けてもよい。前記クレーン上にて水平に稼働位置に、特に水平方向のブーム２３上に、移動可能なトロリ５５が取り付けられる。このトロリ５５は、例えば、ブーム先端にて転向プーリによって案内され得るトロリロープによって、可動であってもよい。

タワークレーンは、クレーンフック２９に接続されたブーム先端から転向プーリによって降ろされ得る、あるいは、図１による態様では、前記移動可能なトロリ５５とそこに配置された転向プーリとを介して動き得て、クレーンフック２９に接続され得る、ホイストロープ１を更に有する。いずれの場合でも、前記ホイストロープ１は、ホイストウィンチ３０の上を動く。

前記ホイストロープ１及び／又はブレースロープは、アラミド繊維又はアラミド／カーボン混紡繊維のような合成繊維からなる繊維ロープとして設計され得る。

廃棄状態に関連した前記繊維ロープのパラメータを監視し、又は検出するために、クレーン上に配置され得て、かつ取得したパラメータを評価する評価ユニット３とともに、電子式のクレーン制御ユニット３１に接続され、又は組み込まれ得る、検出手段が設けられる。

図２及び図３に示されるように、屈曲剛性判定手段２は、例えば、ロープの長手方向に交差する方向でロープ１の区間を支えるように、固定式滑り軸受の顎部として、又は互いに離間したローププーリとして設計され得る、２つのロープ支持要素４を有することが有利である。

互いに離間したロープ支持要素４の間に、ロープの長手方向に交差する方向にてロープ１に対して剪断力を印加し得る剪断力印加器５が設けられる。一方では剪断力印加器５が、他方では２つのロープ支持要素４が、それぞれロープ１の互いに反対側に配置され、それらが共にベアリングプレート６上に、又は他の適当なベアリング本体上に取り付けられ得ることが有利である。

図２及び図３に示されるように、剪断力印加器５は、ロープ支持要素４に接するロープにたわみが与えられるように、ロープの長手方向に対して交差する方向に移動可能である。特に、剪断力印加器５は、２つのロープ支持要素４を結ぶラインの領域にて当該ラインを超えるように移動可能である。例えば、圧力シリンダの形態、又は制御スピンドルを有する電気モータの形態の、制御アクチュエータ７が、剪断力印加器５を移動させるために設けられ得る。

ロープ支持要素４と同様に、剪断力印加器５のヘッドもまた、ロープ１への長手方向の力の作用を防止するために、滑り軸受の顎部として、又は、有利にはロープトロリとして設計され得る。

屈曲剛性の測定のためにロープ１を引張力から解放するために、引張力解除手段８は、例えば圧力シリンダの形態の制御アクチュエータ１０により、ロープをクランプしかつこれを保持するように駆動され得るロープクランプ９を有する。

好ましくは、前記ロープクランプ９は、吊上フックに作用する荷重及びロープ重量が、検査されるべきロープ区間にロープ引っ張りを与えることがないように、吊上フック側に、又はロープ巻胴とは反対側の屈曲剛性判定手段２の側に配置される。

引張力解除手段８は、ロープ巻胴とロープクランプ９との間にロープのたるみを生じさせるべく、すなわちロープに引張力が働かないことを保証するべく、ロープクランプ９によってクランプされたロープ１が若干巻き戻されるように、ロープ巻胴を制御する制御手段を更に有する。

以下のステップによりロープ１の屈曲剛性が検出され得ることが、有利である。

まず、ロープが測定位置へ移動させられる。そのために、吊上フックのホイスト位置測定手段が用いられ得る。特に、大部分の屈曲変化及び／又は負荷サイクルがかかるように意図されたロープ区間が、屈曲剛性判定手段２の中に移動させられる。もし必要ならば、異なるロープ区間の屈曲剛性を判定するために、複数のロープ区間が屈曲剛性判定手段２の中に連続的に移動させられ得る。ロープは、クランプ装置又はロープクランプ９で固定される。

ロープ１は、巻胴側から引き出される方向に移動することで、若干緩められる。これにより、ロープ１の引っ張りがなくなる。

剪断力印加器５は、図２に示す静止位置から、図３に示されるロープたわみを生じさせるようにロープ１に向かって移動させられる。ロープの屈曲抵抗が測定される。一方で、これは、所定のたわみに到達するのに必要な力の測定を有し得る。これに代えて、又はこれに加えて、所定の剪断力が加えられた場合に生じる、剪断力印加器５の移動距離及び／又はロープの横方向のたわみが、測定され得る。この目的のために、制御アクチュエータ７及び／又はロープ支持要素４に、張力計又は力センサ及び／又は移動距離センサが設けられ得る。

このようにして判定されたロープ１の屈曲抵抗の値は、屈曲剛性判定手段２のメモリの中に格納されるとともに、所定の許容値と比較される。

測定の後、屈曲剛性判定手段２は、図２に示される元の静止状態に戻る。

その後、ロープ１は、他のロープ区間を試験するように移動させられて、以上のステップが繰り返される。これに代えて、又はこれに加えて、所望の測定が完了した場合には、ロープは、クレーン作業へと移動させられ得る。

屈曲剛性を判定するためのロープ区間の移動は、判定されたロープ長を超える適切な間隔で異なる測定位置へ移動するように、自動的にプログラムされ、又は手動で制御され得る。

Claims (12)

1. ホイストにて、特にクレーンにて用いられる高強度繊維ロープ（１）の廃棄状態を検出するための装置であって、
   少なくとも１つのロープパラメータを検出するための検出手段と、
   前記ロープパラメータを評価し、かつ前記ロープパラメータの評価をもとに廃棄信号を提供するための評価ユニット（３）とを備え、
   前記評価ユニットは、前記ロープ（１）の屈曲剛性を判定するための屈曲剛性判定手段（２）を有し、かつ、
   前記評価ユニット（３）は、前記ロープの前記判定された屈曲剛性をもとに前記廃棄信号を提供することを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記屈曲剛性判定手段（２）は、
   互いに離間した２つのロープ支持要素（４）と、
   剪断力で前記ロープ（１）に圧力を印加する剪断力印加器（５）とを有し、
   前記剪断力印加器（５）及び／又は前記ロープ支持要素（４）は、前記ロープに湾曲が与えられるように、前記ロープの長手方向に対して交差する方向に移動可能であることを特徴とする装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記剪断力印加器（５）及び／又は前記ロープ支持要素（４）に張力計（１１）及び／又は移動距離メータ（１２）が関連付けられ、
   前記ロープの屈曲剛性は、所定の剪断力で達成されるたわみにより、及び／又は、所定のたわみに必要な剪断力により、前記屈曲剛性判定手段（２）で判定され得ることを特徴とする装置。
4. 請求項２又は３に記載の装置において、
   前記剪断力印加器（５）は、ロープ長手方向に見たときに、前記２つのロープ支持要素（４）の間に配置されていることを特徴とする装置。
5. 先行する請求項のいずれか１項に記載の装置において、
   前記ロープ支持要素（４）及び／又は前記剪断力印加器（５）は、各々一方向支持を形成し、その支持上で前記ロープ（１）は自由に屈曲可能及び／又は回転可能であって、
   前記ロープ支持要素及び前記剪断力印加器（５）は、前記ロープ（１）を横から導入するための、回転可能なローププーリを特に有することを特徴とする装置。
6. 先行する請求項のいずれか１項に記載の装置において、
   前記屈曲剛性判定手段（２）は、屈曲剛性試験の間に前記ロープを解放するための引張力解除手段（８）を有することを特徴とする装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記引張力解除手段（８）は、
   前記屈曲剛性判定手段（２）に対してロープ巻胴とは反対側で前記ロープ（１）をクランプする少なくとも１つのロープクランプ（９）と、
   前記ロープクランプ（９）が作動したときに前記ロープ（１）が所定の長さだけ巻き戻され得るように前記ロープ巻胴を制御する制御手段とを有することを特徴とする装置。
8. 先行する請求項のいずれか１項に記載の装置において、
   前記評価ユニット（３）は、前記屈曲剛性判定手段（２）により判定された前記ロープの屈曲剛性及び／又はその変化がある閾値を超えるときに廃棄信号を提供することを特徴とする装置。
9. 先行する請求項のいずれか１項に記載の装置において、
   前記屈曲剛性判定手段（２）は、互いに異なるロープ区間のロープ曲げ強さを判定するように、当該互いに異なるロープ区間を自動的に位置決めするためのロープ位置決め手段を有することを特徴とする装置。
10. 高強度繊維ロープの廃棄状態を検出するための先行する請求項のいずれか１項に記載の装置を備えたクレーンであって、特に、タワークレーン、移動式クレーン、移動式港湾用クレーン、船舶用クレーン、又は車両用ブームクレーンであるクレーン。
11. 請求項１０記載のクレーンにおいて、
    前記屈曲剛性判定手段（２）は、クレーンのロープ駆動部に固定的に取り付けられ、かつ割り当てられ、又は、クレーン作業のために既に装備されたクレーンにて前記ロープの屈曲剛性が検出され得るように着脱可能なユニットとして設計されていることを特徴とするクレーン。
12. 請求項１０又は１１に記載のクレーンにおいて、
    前記屈曲剛性判定手段（２）は、意図した機能に応じて大部分の屈曲変化及び／又は負荷サイクルがかかるロープ区間が前記屈曲剛性判定手段（２）で検査され得るように配置されていることを特徴とするクレーン。