JP6590741B2 - 浚渫機及びこれを用いた浚渫方法 - Google Patents

Description

本発明は、浚渫船に装備される浚渫機及びこれを用いた浚渫方法に関する。

港湾域では、港や航路の水深を維持したり、年々大型化する船舶に対応すべく航路海底を掘り下げたりする浚渫工事に浚渫船が用いられる。浚渫船と呼ばれる作業船で、鋼鉄製箱型船体の前部に、例えば旋回式起重機たる浚渫機を搭載しているものがある。浚渫作業は、ジブ先端のシーブから吊設したグラブバケット(以下、単に「バケット」ともいう。)を海底に降ろし、海底の土砂を掴み上げ、浚渫船の横に接舷した土運船にその土砂を積載する。
近年、ＣＯ_２環境問題,省エネ対策がクローズアップされるなか、斯かる浚渫船,浚渫機にも省エネ対策を施した発明がいくつか提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１３−７２１７８号公報

しかるに、特許文献１は、その請求項のごとく「浚渫対象を掘削する掘削手段を有する浚渫船であって、前記掘削手段を駆動するモータと、電力を発生させるエンジン発電機と、前記モータと前記エンジン発電機との間に設けられ、前記エンジン発電機で発生した電力を調整する第１のコンバータと、前記モータと前記第１のコンバータとの間に設けられ、前記モータの動作を制御するインバータと、前記エンジン発電機と並列に設けられ、前記モータからの回生電力を蓄電する蓄電器と、前記インバータと前記蓄電器との間に設けられ、前記蓄電器から送り出される電力を調整する第２のコンバータと、を備えることを特徴とする浚渫船。」であり、専らバケット巻下時におけるグラブバケットの位置エネルギを電気エネルギに変換して蓄電器に蓄電し、巻上時のエンジン出力を電動機によってアシストする発明内容にとどまっている。

浚渫作業は、バケット巻下(バケット下降)→バケット閉鎖→地切り→バケット巻上→旋回→バケット開放→旋回の１サイクルを繰り返しながら行う作業である。エンジンへの負荷値が各工程によって大きく異なる。一巡工程で一番負荷がかかるのが、バケット巻上工程の初期段階にあたる「地切り」時である。グラブバケットと内容物の両重量の慣性力に加え、海底の吸着力によって最大負荷がかかる。浚渫機にはこの最大負荷に対応できる大きなエンジンが選定され、例えば30ｍ^３級の浚渫機では2500馬力もある大型ジーゼルエンジンが搭載されている。
しかし、浚渫深度にもよるが、作業サイクルの約1/4の時間帯でしか必要のない大きな出力になっている。地切り,巻上以外では必要ない出力である。そして、浚渫機のエンジンは浚渫作業時に略一定回転数で運転されるので、エンジン負荷が少ない時にも一定量の燃料を消費する問題をかかえている。

本発明は、上記問題点を解決するもので、低負荷時におけるエンジンの余剰出力エネルギを回収,蓄積し、これを高負荷時のエンジンアシストに活用して、省エネを図り、さらにエンジンの小型化をも可能にする浚渫機及びこれを用いた浚渫方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、浚渫船に装備され、旋回体から突き出されたジブと、該ジブにワイヤを取付け、ワイヤ先端側にグラブバケットを吊設し、その巻上、巻下が可能になるようにワイヤ基端側を巻回するドラム部が備わる支持ドラムと、回転駆動するクランク軸が第一クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、該支持ドラムを回転させるエンジンと、を具備する浚渫機において、第三クラッチを介して前記クランク軸に接続し、前記エンジンの余剰出力を回収して蓄圧器に供給する余剰出力回収用ポンプと、第四クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、前記蓄圧器に蓄積したエネルギを用いて、前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援するアシスト用モータと、前記グラブバケットの巻上時に前記アシスト用モータを回転させる一方、該巻上時以外の前記グラブバケットの作動時間帯に該エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプに回収させて前記蓄圧器に蓄積させる制御手段と、を具備することを特徴とする浚渫機にある。請求項２の発明たる浚渫機は、請求項１で、アシスト用モータがアシスト用油圧モータであり、さらに前記制御手段が、前記グラブバケットの巻上時に前記アシスト用油圧モータを回転させることを特徴とする。請求項３の発明たる浚渫機は、請求項２で、第五クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、グラブバケット下降時の位置エネルギが伝わる前記支持ドラムの回転動力を、油圧エネルギに変えて回収し且つ該油圧エネルギを前記蓄圧器に供給する位置エネルギ回収油圧ポンプを、さらに具備することを特徴とする。請求項４の発明たる浚渫機は、請求項２又は３で、船体移動用ジーゼル発電機に接続し、船体移動停止中の該船体移動用ジーゼル発電機の余剰電力を回収して、前記蓄圧器に供給する第七油圧ポンプを駆動させる第七電動モータを、さらに具備することを特徴とする。
請求項５の発明の要旨は、浚渫船に装備され、旋回体から突き出されたジブと、該ジブにワイヤを取付け、ワイヤ先端側にグラブバケットを吊設し、その巻上、巻下が可能になるようにワイヤ基端側を巻回するドラム部が備わる支持ドラムと、回転駆動するクランク軸が第一クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、該支持ドラムを回転させるエンジンと、第三クラッチを介して前記クランク軸に接続し、前記エンジンの余剰出力を回収して蓄圧器に供給する余剰出力回収用ポンプと、第四クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、前記蓄圧器に蓄積したエネルギを用いて、前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援するアシスト用モータと、を具備する浚渫機を用いて、バケット巻下、バケット閉鎖、バケット巻上、旋回、バケット開放、旋回と各工程を順次進行するなか、グラブバケットの巻上工程時に、前記アシスト用モータが前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援する一方、該グラブバケットの巻上工程外の工程時に、前記エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプが回収して前記蓄圧器に蓄積させることを特徴とする浚渫機を用いた浚渫方法にある。請求項６の発明たる浚渫機を用いた浚渫方法は、請求項５で、アシスト用モータがアシスト用油圧モータであり、前記グラブバケットの巻上工程時に、前記アシスト用油圧モータが前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援することを特徴とする。請求項７の発明たる浚渫機を用いた浚渫方法は、請求項５又は６で、エンジンの作業時回転数における燃費の高効率域でエンジンを、その出力を略一定にして稼働させ、前記エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプが回収して前記蓄圧器に蓄積させることを特徴とする。

（作用）
第三クラッチを介してクランク軸に接続して、エンジンの余剰出力を回収し、蓄圧器に供給する余剰出力回収用ポンプを備えると、エンジンの作業負荷が低い時に、エンジンの余剰出力エネルギを余剰出力回収用ポンプが回生エネルギとして回収して、蓄圧器に蓄積させることができる。そして、第四クラッチを介して支持ドラムに接続して、支持ドラムの回転運動を支援するアシスト用モータを備えると、作業負荷が高い地切り時を含むグラブバケット巻上時に、前述の蓄積したエネルギを用いてエンジン出力をアシストできる。
燃料消費量はエンジンへの負荷によって変化するが、その消費量はエンジン固有の出力と燃料消費量をグラフにした燃料消費率と呼ばれるグラフにより求めることができる（図１１）。このグラフによって、エンジンの作業時回転数における燃費の高効率域を求めて、該高効率域でエンジンをその出力を略一定にして稼働させると（図１２はエンジン出力を破線で図示）、運転の大半を占める低負荷時間帯は、その高効率域までの余剰出力を回収して蓄圧器に蓄積できる。と同時に、燃費効率を上げることができる。そして、高負荷時間帯の地切り時やバケット巻上時に、蓄圧器に蓄積したエネルギをアシスト用モータの駆動源として供給することで、回生エネルギを利用したエンジン出力のアシストが可能になる。トータルの消費燃料を減らし、さらに負荷がピークになる地切り時,バケット巻上時のエンジン出力が抑えられるので、エンジンの小型化につながる。

本発明の浚渫機及びこれを用いた浚渫方法は、エンジンの燃焼効率を高効率状態で維持して余剰出力エネルギを回収,蓄積し、高負荷時のエンジンにアシストできるので、ランニングコストの低減を可能にして環境対策,省エネ対策につながり、さらにエンジンの小型化も可能になるなど多大な効を奏する。

本発明の浚渫機及びこれを用いた浚渫方法の一形態で、その浚渫機がバケット巻下工程にある概略説明図である。 図１の浚渫機がバケット巻上工程初期段階の地切り時にある概略説明図である。 図１の浚渫機の概略平面図である。 図１の浚渫機を用いた浚渫方法の各工程での変化を示すタイムチャート図である。 バケット巻下工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 バケット閉鎖工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 地切り時を含むバケット巻上工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 バケット旋回工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 バケット開放工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 バケット旋回工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図である。 エンジン出力に対する燃料消費量を表す説明図である。 余剰エネルギと、浚渫作業の必要エネルギに対してエンジン出力の不足分を補う回生エネルギとの関係説明図である。 本発明の一実施形態における制御回路の制御フローチャートである。 図３に代わる他態様の浚渫機の平面図である。 図３に代わる別態様の浚渫機の平面図である。

以下、本発明に係る浚渫機及びこれを用いた浚渫方法について詳述する。図１〜図１５は本発明の浚渫機及びこれを用いた浚渫方法の一形態で、図１は浚渫機がバケット巻下工程にある概略説明図、図２は図１の浚渫機が地切り時にある概略説明図、図３は図１の浚渫機の概略平面図、図４は図１の浚渫機を用いた各工程での変化を示すタイムチャート図である。図５〜図１０は各工程での制御手段による各機器の連係動作とエネルギの流れを示す説明図で、図５はバケット巻下工程、図６はバケット閉鎖工程、図７は地切りを含むバケット巻上工程、図８は旋回工程、図９はバケット開放工程、図１０は旋回工程での説明図になっている。図１１はエンジン出力に対する燃料消費量の説明図、図１２は余剰エネルギとエンジン出力を補う回生エネルギとの関係説明図、図１３は制御回路の制御フローチャート、図１４は他態様の浚渫機の平面図、図１５は別態様の浚渫機の平面図を示す。各図は簡略図示し、図３,図５,図１５以外は制御手段ＣＲの図示を省き、また本発明に直接関係しない機器,部品等は省略する。

（１）浚渫機
浚渫機Ｍは、浚渫船Ｄに装備され、ジブＪと支持ドラム１１と開閉ドラム２１とエンジン６１と余剰出力回収用ポンプ３１とアシスト用モータ４１と制御手段ＣＲと位置エネルギ回収油圧ポンプ５１とを具備する(図１,図３)。
ジブＪは、土砂Ｅを掴んだグラブバケットＧを持ち上げるために、浚渫機Ｍの旋回体９１に基端部を取着して、該旋回体９１から斜め上方に突き出されるブームである。ジブＪの先端には、バケットＧを巻上,巻下するために、ワイヤ１５,ワイア２５の方向を変える案内車たるシーブＳＶが取付けられている。

支持ドラム１１は、ジブＪにワイヤ１５を取付け、ワイヤ先端側にバケットＧを吊設し、該バケットＧの昇降(「バケット巻上,バケット巻下」ともいう。）が可能になるようドラム部１１０にワイヤ基端側が巻回されるバケット保持用主ドラムである(図１,図５)。ワイヤ１５がジブＪ,シーブＳＶを経由して、ワイヤ１５の巻取り,操出しによってバケットＧを昇降自在に支持する。

開閉ドラム２１は、ジブＪにワイア２５を取付け、ワイア先端側をバケットＧに接続し、該バケットＧが開閉可能になるようドラム部２１０にワイア基端側が巻回されるバケット開閉用ドラムである(図１,図５)。ワイア２５がジブＪ,シーブＳＶを経由して、ワイア２５の巻取り,操出しによってバケットＧを開閉自在とする。尚、バケットＧの開閉に開閉ドラム２１を用いたが、これに代え、例えばバケットＧに電動モータを使って開閉させる装置を取付けてもよい。また、旋回体９１からバケットＧの地点まで油圧チューブを配設し、油圧を使ってバケットＧを開閉するものでもよい。

エンジン６１はそのクランク軸６１０（クランク軸６１０につながる駆動軸６１１を含む。）が、第一クラッチ１９を介し支持ドラム１１に、また第二クラッチ２９を介して開閉ドラム２１に夫々接続し、該支持ドラム１１と該開閉ドラム２１の両方又は一方を回転させる発動機である(図３)。ここではジーゼルエンジン６１を採用し、熱エネルギを運動エネルギに変えて回転駆動するクランク軸６１０が、支持ドラム１１,開閉ドラム２１を回転させている。クランク軸６１０が、一端側でトルクコンバータ６５に接続し、さらに減速機等の伝動装置６６を経由して、そのエンジン駆動軸６１１が第一クラッチ１９を介してドラム回転軸１１１に接続する。クランク軸６１０の駆動回転で支持ドラム１１が回転する。また減速機,歯車機構等の伝動装置６６を経由して、エンジン駆動軸６１１が第二クラッチ２９を介してドラム回転軸２１１に接続し、クランク軸６１０の駆動回転で開閉ドラム２１が回転する。

余剰出力回収用ポンプ３１は、エンジン６１からの余剰の動力供給により液体にエネルギを与える機械である。第三クラッチ３９を介して前記クランク軸６１０の他端側と接続し、エンジン６１の余剰出力を回収して蓄圧器８０に供給する余剰出力回収用ポンプ３１になっている(図３)。クランク軸６１０が第三クラッチ３９を介して余剰出力回収用ポンプ３１に駆動接続し、該余剰出力回収用ポンプ３１がエンジン６１の余剰出力を回収する。回収した回生エネルギを蓄圧器８０へ送る。本発明でいう回生エネルギには、運動エネルギを電気エネルギに変換して回収するエネルギだけでなく、油圧エネルギに変換して回収するエネルギも含むものとする。
余剰出力回収用ポンプ３１は、エンジン６１の余剰出力を油圧エネルギにしてアキュームレータたる蓄圧器８０に供給する余剰出力回収用油圧ポンプにし、これに可変容量型油圧ポンプを採用する。吐出量の制御を後述する制御手段ＣＲによって行い、吐出量,消費エネルギを可変にできるからである。同じ仕事をするのに、固定容量型ポンプよりも小さいエンジン馬力で駆動でき、燃料消費量を少なくできる。
本実施形態は、エンジン６１の余剰出力を回収して蓄圧器８０に供給する余剰出力回収用ポンプ３１とするが、クランク軸６１０に第三クラッチ３９を介して接続し、エンジン６１の余剰出力を回収して蓄電池ＢＴに供給する余剰出力回収用発電機とすることもできる。

アシスト用モータ４１は、第四クラッチ４９を介して支持ドラム１１に接続して、蓄圧器８０又は蓄電池ＢＴに蓄積したエネルギを用いて回転する原動機で、エンジン６１による支持ドラム１１の回転運動を支援する。
ここでは、蓄圧器８０で蓄積したエネルギを駆動源にして回転するアシスト用油圧モータ４１とする。支持ドラム１１の回転軸１１１に第四クラッチ４９を介してアシスト用油圧モータ４１が接続する。蓄圧器８０から油圧が供給されて、アシスト用油圧モータ４１が駆動回転し、その回転数がエンジン６１による支持ドラム１１の回転数を上回ると、第四クラッチ４９が嵌合して支持ドラム１１の回転をアシストする。
尚、エンジン６１の余剰出力を余剰出力回収用油圧ポンプ３１に代えて前記余剰出力回収用発電機で回収し、蓄電池ＢＴに供給する場合は、アシスト用油圧モータ４１に代えてアシスト用電動モータが用いられる。

制御手段ＣＲは、バケットＧの巻上時にアシスト用モータ４１を回転させる一方、巻上時以外のバケットＧの作動時間帯にエンジン６１の余剰出力エネルギを、余剰出力回収用ポンプ３１に回収させて蓄圧器８０に蓄積させるか又は余剰出力回収用発電機に回収させて蓄電池ＢＴに蓄積させるコントローラである。エンジン６１の作業負荷が低いグラブバケットＧの作動時間帯に、エンジン６１の余剰出力エネルギを蓄圧器８０(又は蓄電池ＢＴ)に蓄積させ、作業負荷が高いグラブバケットＧの作動時間帯、具体的には地切り,巻上時に、アシスト用モータ４１がエンジン６１による支持ドラム１１の回転運動を支援（補助）するように制御回路に組み込まれる。
アシスト用モータ４１,第四クラッチ４９と余剰出力回収用ポンプ３１,第三クラッチ３９は、それぞれＣＰＵを内蔵した制御手段ＣＲたるコントローラに接続されており、コントローラは運転席にある運転レバーの動作信号に基づいて、アシスト用モータ４１,第四クラッチ４９と、余剰出力回収用ポンプ３１,第三クラッチ３９への通電を制御する。図１３にそれらの制御回路の制御フローチャートを表す。アシスト用モータ４１と余剰出力回収用ポンプ３１の駆動手順を示すもので、エンジン６１を駆動させて、ステップ１０１で運転レバー動作信号を読み込み、続くステップ１０２でバケット巻上動作に該当しないときは、余剰出力回収用ポンプ３１をＯＮ、第三クラッチ３９をＯＮにし、アシスト用モータ４１をＯＦＦ、第四クラッチ４９をＯＦＦにする（ステップ１０３）。一方、上記ステップ１０２でバケット巻上動作に該当する場合には、アシスト用モータ４１をＯＮ、第四クラッチ４９をＯＮにし、余剰出力回収用ポンプ３１をＯＦＦ、第三クラッチ３９をＯＦＦにする（ステップ１０４）。かくして、アシスト用モータ４１,第四クラッチ４９,余剰出力回収用ポンプ３１,第三クラッチ３９をＯＮ―ＯＦＦすることにより、図１２のごとく浚渫作業における必要エネルギがエンジン出力よりも小の場合は余剰エネルギを回収し、必要エネルギがエンジン出力で足らない場合は回生エネルギを供給する。必要エネルギ曲線に対し、高燃費効率点で動かすエンジン出力だけでは足らないバケット巻上時の不足分を、回生エネルギを用いたアシスト用モータ４１がサポートして事無きを得る。

本実施形態の制御手段ＣＲは、エンジン６１の作業負荷が低いバケット巻下,バケット閉鎖,旋回,バケット開放等のバケットＧの作動時間帯に、エンジン６１の余剰出力エネルギを余剰出力回収用ポンプ３１が回収して蓄圧器８０に蓄積させる。エンジンの余剰出力エネルギを、余剰出力回収用ポンプ３１が回生エネルギとして回収して蓄圧器８０へ送り、ここに蓄圧する。そして、エンジン６１の作業負荷が高い地切りを含むバケット巻上の作動時間帯は、エンジン６１の作業負荷が低い前記時間帯に蓄積したエネルギを使ったアシスト用モータ４１が駆動回転して、エンジン６１による支持ドラム１１の回転運動を支援するように制御する。制御手段ＣＲは、浚渫機Ｍの各部に取付けられた図示しないセンサ（ガバナ開度センサ,蓄圧器８０の圧力センサ,ワイヤ張力センサ,ワイア張力センサ,支持ドラム１１の回転センサ,開閉ドラム２１の回転センサ,旋回位置センサ等）の情報により各油圧バルブ,余剰出力回収用ポンプ３１の吐出量,第一〜第五クラッチ１９,２９,３９,４９,５９等の制御も行う。浚渫作業は前記運転レバーの動作の他、バケット開閉操作用レバーや旋回操作ペダル等の動作によって進行し、これらの動作用に公知の制御回路が組み込まれている。

かくのごとく、前記エンジン６１は、バケット巻上時に支持ドラム１１を回転させるのが主任務であるが、その任務を要しない大半の工程時にエンジン６１の余剰エネルギを単に放出ロスさせるのでなく、浚渫機Ｍの制御装置である制御手段ＣＲを働かせて余剰出力回収用ポンプ３１で回生エネルギとして蓄圧器８０に回収する(図１２)。そして、該回生エネルギをアシスト用モータ４１の駆動源にして、エンジン高負荷時に利用することで、エンジン６１を小型化する。加えて、エンジン６１を高効率域でその出力を略一定にして運転させることで、燃費向上を図る。

本実施形態は、さらに位置エネルギ回収油圧ポンプ５１を備える。第五クラッチ５９を介して支持ドラム１１に接続し、グラブバケット下降時の位置エネルギが伝わる支持ドラム１１の回転動力を、油圧エネルギに変えて回収し、且つ該油圧エネルギを前記蓄圧器８０へ供給する位置エネルギ回収油圧ポンプ５１を、さらに具備する。制御手段ＣＲが働いて、大きな質量をもつバケットＧを降下させる際（バケット巻下時）の位置エネルギを位置エネルギ回収油圧ポンプ５１で油圧に変換して回収する。第五クラッチ５９を介して支持ドラム１１に接続し、バケット下降(バケット巻下)時の位置エネルギが伝達する支持ドラム１１の回転動力を、位置エネルギ回収油圧ポンプ５１が高圧力の油圧エネルギに変えて回収し、該油圧エネルギを蓄圧器８０に供給する。位置エネルギ回収は、支持ドラム１１の回転軸１１１に連結する第五クラッチ５９を通じて伝動,昇圧される。
図中、符号８１は油圧配管,符号８２は逆止弁,符号８４はコントロールバルブ,符号９２は旋回ギア,符号９３は旋回モータ,符号Ｓは海面を示す。

図１４は他態様の浚渫機Ｍで、図３に対応する平面図を示す。図１〜図１３では、アシスト用モータ４と位置エネルギ回収油圧ポンプ５１を個別に設けたが、双方を油圧ポンプモータにまとめて、装置(浚渫機Ｍ)の簡略化を図っている。アシスト用油圧モータ４１兼位置エネルギ回収油圧ポンプ５１とする。そのため、第四クラッチ４９,第五クラッチ５９を一つにまとめたクラッチにする。

また、図１５は別態様の浚渫機で、図３に対応する平面図を示す。本発明でいう浚渫船Ｄには船体が曳航されるものがある。それでも、浚渫船Ｄは図１や図１５のように浚渫作業時の船体移動用ジーゼルエンジン７０、船体移動用ジーゼル発電機（以下、「船体側発電機」ともいう。）７１を備える。図１５の船体側発電機７１は、図１に示す船体移動用スパッドＳＰを作動させる駆動源になっている。船体側発電機７１は、一つの場所での浚渫作業を例えば30分ほどで終えた後、少しずらした場所へスパッドＳＰを使って移動する。その後、30分ほど移動停止する間に浚渫作業を終え、また少しずらした場所への移動を繰り返す。30分ほど移動停止する間、特に船を動かさないが、船室の照明やＧＰＳ用パソコン等にも使用しており、発電機７１が稼働している。そこで、船体が移動停止中の余剰電力を回収して、前記蓄圧器８０に供給する第七油圧ポンプ７３を駆動させる第七電動モータ７２を備えるようにする。余剰電力回収用電路９５が、船体側に設置の発電機７１から旋回体９１のスリップリング９１０を通って、旋回体９１上に設置した第七電動モータ７２に接続している。船体移動停止中の余剰電力を第七電動モータ７２が回収して第七油圧ポンプ７３を駆動させる。そうして、第七油圧ポンプ７３で高圧にして蓄圧器８０へ供給し、回生エネルギとする。
図１４,図１５の浚渫機Ｍに係る他の構成は、図１〜図１３の浚渫機Ｍと同様で、その説明を省く。図中、図１〜図１３と同一符号は同一又は相当部分を示す。

（２）浚渫機を用いた浚渫方法
次に、前記浚渫機Ｍを用いた一浚渫方法について説明する。
浚渫工事ではポンプ浚渫工法等もあるが、本発明は前記浚渫機Ｍを用いたグラブ浚渫工法である。海底に堆積した土砂ＥをグラブバケットＧで掘削する。360度旋回可能な旋回体９１に、ジブ先端から吊設させたバケットＧを支持ドラム１１で昇降させて、海底の土砂Ｅを浚渫する。
図１,図５はバケット巻下工程を図示しており、このバケット巻下から、図４のごとくバケット閉鎖、地切りを含むバケット巻上、旋回、バケット開放、旋回の各工程へと進んで１サイクルが終了する。この１サイクルを繰り返して、浚渫作業を行う。尚、図４は、横軸が時間軸を示しており、縦軸が最上段のバケット状態、エンジン出力、位置エネルギ回収油圧ポンプ５１、支持ドラム１１、開閉ドラム２１、旋回モータ９３等の機器項目を示し、同図はそれらの機器項目が時間経過で変化する様子を表す。支持ドラム１１,開閉ドラム２１では大きな消費エネルギが地切りを含む巻上工程で発生するが、バケット操作の消費(消費エネルギ)がピークになる時間帯は地切り時になる。エンジン６１は各工程中、専らその作業時回転数における燃費効率の良好域で、ほぼ一定回転数で運転させる。

浚渫機Ｍを用いた浚渫方法は、例えば以下のようにして行われる。図５〜図１０で、中黒矢印は各機器の動作を表し、白抜き矢印はエネルギの流れを表す。
まず、図５のバケット巻下工程では、大きな質量のあるバケットＧが自重降下するため、エンジン６１のエネルギは図３〜図５のごとく全て油圧蓄圧する。第一,第二クラッチ２９が切り離される一方、第三クラッチ３９が入り、エンジンクランク軸６１０につながる余剰出力回収用油圧ポンプ３１がエンジン出力の全てを回収する。回収したエネルギを蓄圧器８０に送り、ここに蓄積する。
また、自重でバケットＧを下降させる際、支持ドラム１１からワイヤ１５を、また開閉ドラム２１からワイア２５を繰り出し、両ドラム１１,２１を回転させる。制御手段ＣＲによって、支持ドラム１１の回転軸１１１に接続する第五クラッチ５９を嵌合させて、位置エネルギ回収油圧ポンプ５１を起動し、油圧を発生させる。発生した油圧を蓄圧器８０に送り、回生エネルギとして蓄圧する。

続く図６のバケット閉鎖工程ではバケットＧを閉じる。本実施形態は第二クラッチ２９が入り、エンジン動力を伝えるトルクコンバータ６５の駆動軸６１１が減速機を含む伝動装置６６を経由して、開閉ドラム２１を回転させ、ワイア２５を巻取りバケットＧを閉じる。海底土砂ＥをバケットＧに取り込む。制御手段ＣＲが第二クラッチ２９を入れ、第五クラッチ５９を切り離す。第三クラッチ３９は入れた状態を保つ。エンジン出力の高燃費効率出力からバケット閉動作に使用した出力を差し引いた出力を、余剰出力回収用油圧ポンプ３１で回収し、蓄圧器８０に蓄圧する。
このとき、余剰出力回収用油圧ポンプ３１の吐出量は、ガバナ開度,蓄圧器８０への蓄圧量,ワイア張力,操作スケジュール等を、制御手段ＣＲにより総合的に判断して制御される。具体的には、トルクコンバータ６５の出力と油圧蓄圧用出力との合計出力が、エンジン出力の約80％の高燃費効率出力領域(図１１の楕円内域)で制御される。ここで、エンジン出力100％は、そのエンジンにおける最高燃費効率の出力点を100％とする。
尚、バケットＧに電動モータを使って開閉させる装置を取付けたものは、バケット開閉操作に使用するエンジン出力がないので、余剰出力回収用油圧ポンプ３１がエンジン出力の全てを回収する。

次の図７に示す地切りとバケット巻上は同じ操作で行われる。地切りは巻上工程の初期段階になっている。第一,第二クラッチ１９,２９が入り、エンジン６１が高燃費効率域で運転して、トルクコンバータ６５、減速機を含む伝動装置６６を経て、エンジン出力を全て支持ドラム１１,開閉ドラム２１の回転運動に使う。エンジン６１と余剰出力回収用ポンプ３１とを接続する第三クラッチ３９は切り離され、蓄圧器８０への蓄圧は行わない。
そして、第四クラッチ４９が入り、バケット巻下工程,バケット閉鎖工程等で蓄積したエネルギでアシスト用モータ４１を駆動させて、エンジン６１による支持ドラム１１の回転運動を支援する。コントロールバルブ８４が開になり、蓄圧器８０に蓄圧された油圧エネルギによってアシスト用油圧モータ４１を駆動させ、第四クラッチ４９が入って、該アシスト用油圧モータ４１により地切り,バケット巻上をアシストする。エンジン出力に加え、アシスト用モータ４１が支持ドラム１１の回転運動を補助して、地切り,バケット巻上に必要なエネルギが確保される。海底の土砂ＥをバケットＧで掴み上げる。

続く旋回工程では、蓄圧器８０で蓄圧された油圧エネルギによって旋回油圧モータ９３を駆動させる(図３,図８)。旋回体９１を回し、浚渫場所上に在るジブＪに吊設されたバケットＧを土運船側へ移動させる。旋回工程により、土砂Ｅを掴んだバケットＧが接舷する土運船の上方位置に運ばれる。
制御手段ＣＲが、第三クラッチ３９を入れ、エンジン出力全てを余剰出力回収用油圧ポンプ３１で回収し、蓄圧器８０に蓄圧する。第一クラッチ１９、第二クラッチ２９、第四クラッチ４９は切られる。ここで、蓄圧器８０の油圧が不足した場合、余剰出力回収用油圧ポンプ３１によって旋回油圧モータ９３を駆動旋回させると、旋回動作がより円滑に行われ、好ましくなる。また、旋回体９１の旋回を停止させる際に発生する油圧を、図８の破線図示のごとく回生エネルギとして蓄圧器８０に蓄圧すると、省エネがさらに進み、より好ましくなる。

続く図９のバケット開放工程では、開閉ドラム２１のワイア２５を繰り出してバケットＧを開く。バケットシェルの自重に土砂Ｅの重さが加わって、バケット開放動作が進むため、エンジン出力は使用されない。第三クラッチ３９が入ったままで、クランク軸６１０につながる余剰出力回収用油圧ポンプ３１がエンジン出力の略全てを回収する。回収したエネルギを蓄圧器８０に蓄積する。第一クラッチ１９が切られた状態を保つが、第二クラッチ２９が入る。バケット開放では、ワイア２５によって開閉ドラム２１が回転させられ、第五クラッチ５９が入って、位置エネルギ回収油圧ポンプ５１に伝動し、回生エネルギとして油圧蓄圧を行う。
バケット開放工程で、土運船上に運ばれたバケットＧが開になり、土砂Ｅを土運船に積む。

その後の旋回工程は元の旋回前状態に戻る操作である(図１０)。旋回方向が前記旋回工程と逆方向になるだけである。その工程での作業,操作は前記旋回工程と同じであり、説明を省く。最後の旋回工程を終えると１サイクルが完了し、後はこのサイクルを繰り返して浚渫作業が続く。その場所での浚渫作業が終わると、船体側ジーゼル発電機７１でスパッド７２を使い、浚渫場所を順次ずらして新たな場所での浚渫作業を行い、最終的に必要な浚渫工事を完工する。

（３）効果
このように構成した浚渫機及びこれを用いた浚渫方法によれば、低負荷時におけるエンジン６１の余剰出力エネルギを回収,蓄積し、これを高負荷時のエンジンアシストに活用して、省エネを図ることができる。これまで、エンジン６１の余剰出力は利用されておらず、また旋回モータ９３等の油圧機器用油圧ポンプが、常時駆動され油圧を発生させることはあっても、旋回時以外、全量がリリーフ弁により捨てられていた。油圧エネルギは大気圧に開放される際、熱エネルギとなって油温を上昇させ、その油温を下げるためにオイルクーラを使用しなければならなかった。その一方で、地切りを含む巻上工程に対応させるべく大きな出力のエンジン６１を使用しなくてはならず、高い設備費、燃料消費の増大が問題であった。
本発明のごとく、地切り,バケット巻上工程以外の工程時のエンジン余剰出力をエネルギ回収して蓄圧又は蓄電し、これを大きなエネルギを必要とする地切り,バケット巻上工程に利用(アシスト)すると、高負荷域がカットされるので、最大出力の小さなエンジン６１を選定できる。エンジン１１をコンパクトにし、浚渫機Ｍの設備費を従来に比べ安くできる。

そして、作業負荷の低い時にエンジン６１の出力を、蓄圧又は蓄電することにより、常に燃費効率の良い出力域でエンジン６１を使用することができる。エンジン出力を平均化し、エンジン６１の高燃費効率域での使用が可能になる。イニシャルコスト（設備費）と共にランニングコスト（燃料費）も抑えることができる。温室効果ガス削減にも威力を発揮する。さらにいえば、地切り時のアシストによって、エンジン６１の過負荷がなくなり、過負荷による騒音や黒煙等の大気汚染物質の発生が抑えられ、燃費の悪化も抑えることができる。

また、現在、ジーゼルエンジン駆動式浚渫機Ｍは３０ｍ^３級が実質最大となっているが、これはトルクコンバータ６５が現在使用しているものが最大であり、これがネックになっている実情がある。本浚渫機及びこれを用いた浚渫方法によれば、さらに大きな浚渫機Ｍ,浚渫船Ｄも建造可能になり、浚渫作業能力アップにつながる。

また、余剰出力回収用ポンプ３１がエンジン６１の余剰出力を油圧エネルギにして蓄圧器に供給する余剰出力回収用油圧ポンプ３１であり、且つアシスト用モータ４１がアシスト用油圧モータ４１であると、耐久性,安全性、さらにコスト的にも一段と優れる浚渫機Ｍになる。発電機、蓄電池や電気モータにすると、発電機の発電効率や蓄電池の充放電効率等に大きなロスがあるうえ、二次電池の寿命が短く、費用負担も大きい。キャパシタを使用した場合、放電特性上、瞬間的にしかアシストできない問題があるが、油圧ポンプ３１,蓄圧器８０や油圧モータ４１とするとこうした問題は起こらない。油圧機器類にすれば放電がなく、また電気機器を使うのとは違って、海水に晒される海上での使用も安全で且つ各構成機器が安定性,耐久性に優れる。

さらに、バケット位置エネルギを油圧に変換回収蓄積し、これをエネルギが必要な地切り,バケット巻上時に利用すると、ブレーキの摩擦力で熱エネルギに変換して捨てていたのを有効活用できる。エンジン６１の余剰出力回収に加え、バケット位置エネルギの回収を併用して、地切り,巻上工程でのアシストが継続的且つ確実に実施できる。
さらにいえば、船体移動用ジーゼル発電機７１の余剰電力を回収した第七電動モータ７２で第七油圧ポンプ７３を回すと、その油圧を蓄圧器８０に供給でき、回生エネルギがさらに増えるので、地切り,巻上工程でのアシストが安定的且つ確実に実施できる。従来、別個に考えられてきた浚渫機用ジーゼルエンジン６１と船体移動用ジーゼル発電機７１が有機的に関係し合うことによって、より効果が上がる省エネを図ることができる。
このように本発明の浚渫機及びこれを用いた浚渫方法は、上述した数々の優れた効果を発揮し、極めて有益である。

尚、本発明においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。支持ドラム１１,開閉ドラム２１,余剰出力回収用ポンプ３１,アシスト用モータ４１,位置エネルギ回収油圧ポンプ５１等の形状,大きさ,個数等は用途に合わせて適宜選択できる。例えば、図３で、余剰出力回収用ポンプ３１は、クランク軸６１０の他端側に代えて、その一端側に設けることもできる。図３で、トルクコンバータ６５と減速機を含む伝動装置６６とをつなぐ駆動軸６１１の途中に、パワーディバイダ(動力分割機構)を設けて、これを通じて、回転ドラム１１に接続すると共に、余剰出力回収用ポンプ３１に接続することもできる。また、実施例は巻上時以外のバケット巻下,バケット閉鎖,旋回,バケット開放,旋回の全ての作動時間帯で、エンジン６１の余剰出力エネルギを余剰出力回収用ポンプ３１に回収させたが、全ての作動時間帯で回収させなくても勿論よい。

１１ 支持ドラム
１５ ワイヤ
１９ 第一クラッチ
２１ 開閉ドラム
２５ ワイア
２９ 第二クラッチ
３１ 余剰出力回収用ポンプ（余剰出力回収用油圧ポンプ）
３９ 第三クラッチ
４１ アシスト用モータ（アシスト用油圧モータ）
４９ 第四クラッチ
５１ 位置エネルギ回収油圧ポンプ
５９ 第五クラッチ
６１ エンジン
６１０ クランク軸
６１１ 駆動軸（エンジン駆動軸）
７１ 船体移動用ジーゼル発電機
７２ 第七電動モータ（余剰電力回収用電動モータ）
７３ 第七油圧ポンプ（余剰電力回収用油圧ポンプ）
７９ 第七クラッチ
８０ 蓄圧器
９１ 旋回体
ＢＴ 蓄電池
ＣＲ 制御手段（コントローラ）
Ｄ 浚渫船
Ｍ 浚渫機
Ｇ グラブバケット（バケット）
Ｊ ジブ

Claims (7)

1. 浚渫船に装備され、旋回体から突き出されたジブと、
   該ジブにワイヤを取付け、ワイヤ先端側にグラブバケットを吊設し、その巻上、巻下が可能になるようにワイヤ基端側を巻回するドラム部が備わる支持ドラムと、回転駆動するクランク軸が第一クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、該支持ドラムを回転させるエンジンと、を具備する浚渫機において、
   第三クラッチを介して前記クランク軸に接続し、前記エンジンの余剰出力を回収して蓄圧器に供給する余剰出力回収用ポンプと、
   第四クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、前記蓄圧器に蓄積したエネルギを用いて、前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援するアシスト用モータと、
   前記グラブバケットの巻上時に前記アシスト用モータを回転させる一方、該巻上時以外の前記グラブバケットの作動時間帯に該エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプに回収させて前記蓄圧器に蓄積させる制御手段と、を具備することを特徴とする浚渫機。
2. 前記アシスト用モータがアシスト用油圧モータであり、さらに前記制御手段が、前記グラブバケットの巻上時に前記アシスト用油圧モータを回転させる請求項１記載の浚渫機。
3. 第五クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、グラブバケット下降時の位置エネルギが伝わる前記支持ドラムの回転動力を、油圧エネルギに変えて回収し且つ該油圧エネルギを前記蓄圧器に供給する位置エネルギ回収油圧ポンプを、さらに具備する請求項２記載の浚渫機。
4. 船体移動用ジーゼル発電機に接続し、船体移動停止中の該船体移動用ジーゼル発電機の余剰電力を回収して、前記蓄圧器に供給する第七油圧ポンプを駆動させる第七電動モータを、さらに具備する請求項２又は３に記載の浚渫機。
5. 浚渫船に装備され、旋回体から突き出されたジブと、該ジブにワイヤを取付け、ワイヤ先端側にグラブバケットを吊設し、その巻上、巻下が可能になるようにワイヤ基端側を巻回するドラム部が備わる支持ドラムと、回転駆動するクランク軸が第一クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、該支持ドラムを回転させるエンジンと、第三クラッチを介して前記クランク軸に接続し、前記エンジンの余剰出力を回収して蓄圧器に供給する余剰出力回収用ポンプと、第四クラッチを介して前記支持ドラムに接続し、前記蓄圧器に蓄積したエネルギを用いて、前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援するアシスト用モータと、を具備する浚渫機を用いて、
   バケット巻下、バケット閉鎖、バケット巻上、旋回、バケット開放、旋回と各工程を順次進行するなか、グラブバケットの巻上工程時に、前記アシスト用モータが前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援する一方、該グラブバケットの巻上工程外の工程時に、前記エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプが回収して前記蓄圧器に蓄積させることを特徴とする浚渫機を用いた浚渫方法。
6. 前記アシスト用モータがアシスト用油圧モータであり、前記グラブバケットの巻上工程時に、前記アシスト用油圧モータが前記エンジンによる前記支持ドラムの回転運動を支援する請求項５記載の浚渫機を用いた浚渫方法。
7. 前記エンジンの作業時回転数における燃費の高効率域でエンジンを、その出力を略一定にして稼働させ、前記エンジンの余剰出力エネルギを、前記余剰出力回収用ポンプが回収して前記蓄圧器に蓄積させる請求項５又は６に記載の浚渫機を用いた浚渫方法。

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