JP6721531B2 - クレーンのケーブルリール - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動油圧グラブバケット等のクレーンの吊具に電源等を給電するためのケーブルリールであって、駆動モータとケーブルドラムとの間に磁力式或いは流体式等の滑りカップリングを用いて、ケーブルの緊張を行っているクレーンのケーブルリールに関するものである。

滑りカップリングを用いたケーブルリール（以下、「滑りカップリング式ケーブルリール」という。）は、商用電源で駆動モータを巻取りの一方向に回して、滑りカップリング部分で滑りを発生させる簡素な構造で、ケーブルの緊張及び巻取り、引出しが容易にできる特徴がある。

しかしながら、この構造では、滑りカップリングの発熱が大きくなり、カップリング部分の軸受グリスの劣化等の滑りカップリングの耐久性の問題や、消費電力の浪費の問題があった。

また、滑りカップリング式ケーブルリールでは、滑りカップリングの滑りが大きくなるにつれて発生トルクが大きくなる特徴があるが、この方式では、最もトルクが必要な高速巻取り時に、滑りが最も小さくトルクが小さくなり、逆にトルクを小さくしたいケーブル引出し時にトルクが最も大きくなり、必要性能と特性が逆性能になっている。
この時、最もトルクが小さい高速巻取り部分のトルクで、必要トルクを確保するようにケーブルリールのトルクをセットするので、ケーブル引出し時には過剰なトルクがケーブルに掛かり、ケーブルの寿命が縮まったり、ケーブルの断線、短絡などの突発故障の原因となっていた。

滑りカップリングの耐久性の問題やトルク特性の問題を改善するために、滑りカップリングをなくして、インバータやサーボモータを用いたケーブルリールが提案されているが、トルクや滑りを直接コントロールするため、高性能な制御装置が必要であった。
また、インバータやサーボモータを用いたケーブルリールは、停止中にケーブルが引出されると、ケーブルやケーブルリールに過剰なトルクが掛かり、ケーブルやケーブルリールの損傷を招くため、これを防止するための機能が必要であった（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−４６２２２号公報

このように、従来の滑りカップリング式ケーブルリールは、滑りカップリング部分の発熱が大きく、その発熱によるベアリングの劣化などの寿命の問題や、滑りカップリング部分の損失による消費電力の浪費の問題があった。

滑りカップリングは、速度及び巻取り方向と、巻取りトルクの関連特性が、使用上必要な特性と逆になるため、ケーブルに過剰な張力が掛かり、ケーブルの寿命が短くなる。

一方、滑りカップリング式ケーブルリールの欠点を補うための滑りカップリングを使わないインバータ式やサーボ式のケーブルリールは、トルクのコントロールが可能な、高性能のインバータやサーボが必要であった。また、高性能のインバータやサーボは、モータに付けたセンサとの配線など、配線数が多くなるので、ケーブルリールのモータの近くにインバータやサーボを配置することが好ましく、この場合、インバータやサーボの振動、塵埃等の考慮も必要であった。

インバータ式やサーボ式のケーブルリールでは、停止中にケーブルを引出されるとケーブルやケーブルリールに過剰なトルクが掛かり、ケーブルやケーブルリールの損傷を招くため、これを防止するための機能が必要であった。

本発明は、上記従来の滑りカップリング式ケーブルリールの問題点に鑑み、滑りカップリングの耐久性や消費電力の浪費や過剰トルクの問題を解決するとともに、汎用インバータによる簡易な制御でケーブルリールの駆動を可能にしたクレーンのケーブルリールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のクレーンのケーブルリールは、ケーブルリールのモータと、ケーブルドラムに通じる減速装置との間に滑りカップリングを設けたケーブルリールであって、前記モータをインバータを用いて回転数制御することにより、滑りカップリングの滑り量を調節するようにしたことを特徴とする。

この場合において、クレーンの巻上装置の速度及び方向に基づいて、ケーブルリールのモータの回転速度及び回転方向を制御することにより、滑りカップリングの滑り量を調節するようにすることができる。

また、クレーンが巻上状態の時には、滑りカップリングの滑り量が大きくなるように制御し、クレーンが巻下状態の時には、滑りカップリングの滑り量が小さくなるように制御することで、ケーブルの巻取りトルクを調節するようにすることができる。

また、クレーンの荷振れ時は、低速で巻取り方向にケーブルリールのモータを回転させることで、荷振れによるケーブルの弛みを解消し、クレーンの荷振れが止まった時間を見計らって、ケーブルリールのモータを停止させるようにすることができる。

本発明のクレーンのケーブルリールは、滑りカップリングの入力軸と出力軸の回転数の差異、つまり滑り量を少なくなるように、滑りカップリングの入力側モータの回転数をインバータ制御で回転数制御することにより、滑りカップリングの発熱を抑え、滑りカップリングの寿命の延命を行うと同時に、滑りカップリング部の損失を抑えることにより、消費電力の省エネルギ化を図ることができる。
そして、モータと負荷の間に滑りカップリングを介在させることにより、モータの回転数制御の精度が悪くても、滑りカップリング部分の滑りで回転数差が解消されるため、高性能なインバータは不要で、大凡の回転数制御ができる汎用のインバータで制御できる。
また、センサフィードバック制御も不要なため、ケーブルリール用のインバータを離れた位置に配置することも容易である。
このように、本発明のクレーンのケーブルリールは、滑りカップリング式ケーブルリールの滑りカップリングの発熱による寿命の問題と、滑りカップリング部分の損失による消費エネルギ効率の問題と、滑り量過大によるケーブルへの過大トルクを解消するとともに、インバータ制御を回転数制御を粗く簡易的に制御することを容易とし、インバータ停止時のケーブル損傷要因もなくなる。

また、吊り具を上下させているクレーンの巻上装置の速度及び方向に基づいて、ケーブルリールのモータの回転速度及び回転方向を制御することにより、滑りカップリングの滑り量を調節するようにすることに合わせて、ケーブルリールのモータの回転数をインバータ制御で滑りカップリングの滑り量の変動が少なくなるように制御することで、滑りカップリングの出力トルクの変動を少なく抑えることができる。

また、クレーンが巻上状態の時（ケーブル巻取り時）には、滑りカップリングの滑り量が大きくなるように制御し、クレーンが巻下状態の時（ケーブル引出し時）には、滑りカップリングの滑り量が小さくなるように制御することで、ケーブル巻取り時は、トルクを強めにし、ケーブル引出し時は、トルクを弱めにすることで、ケーブルの巻取り力の最適化ができ、ケーブル寿命の延命化ができる。

また、クレーンの荷振れ時は、低速で巻取り方向にケーブルリールのモータを回転させることで、荷振れによるケーブルの弛みを解消し、クレーンの荷振れが止まった時間を見計らって、ケーブルリールのモータを停止させるようにすることにより、ケーブル弛みをなくすことができる。

本発明のクレーンのケーブルリールの一実施例を示す全体構成図である。 同滑りカップリング式ケーブルリールの構造説明図である。 同滑りカップリングのトルク特性と、負荷が必要とする特性の説明図である。

以下、本発明のクレーンのケーブルリールの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明のクレーンのケーブルリールの一実施例を示す。

図１は、本発明のクレーンのケーブルリールを、ごみクレーン等、電動油圧グラブバケット式クレーンに適用した実施例を示す。
この電動油圧グラブバケット式クレーンにおいて、クレーンＣＲの巻上装置ＭＨでワイヤロープＷＲで吊り下げられ、上がり下がりする電動油圧クラブバケット等の吊り具ＧＢには、吊り具給電ケーブルＣＡで給電されている。
この吊り具給電ケーブルＣＡは滑りカップリング式ケーブルリールＲＥで常に巻取り方向に引っ張られ、吊り具ＧＢが上下移動した時にも、ケーブルは常に張った状態に保たれている。

本実施例で用いる滑りカップリング式ケーブルリールＲＥの構造の一例を図２に示す。
滑りカップリング式ケーブルリールＲＥは、ケーブルリール用モータＭとケーブルドラムＣＤとの間に滑りカップリングＳＣ１、ＳＣ２を配置し、滑りカップリングＳＣ１に入力されるモータＭからの回転運動を、滑りカップリングＳＣ２との間でスリップさせて、トルクをケーブルドラムＣＤに伝達する機構のものである。この時、滑りカップリングＳＣ１、ＳＣ２は、流体を用いたものや磁力を用いたものが一般的に用いられているが、その滑りカップリングの方式は、限定されない。
ここで、吊り具給電ケーブルＣＡは、中空回転軸ＳＨを介して電気式ロータリジョイント装置を構成するスリップリングＳＲに電気的に接続されている。

ここで、巻上装置用速度制御装置ＨＩの周波数モニターＦＭの値や、コントローラＣＴの情報などから、吊り具ＧＢの上下速度及び動いている方向を判断し、滑りカップリング（出力側）ＳＣ２の回転方向と大凡の回転速度を判断し、ケーブルリール用モータＭの回転速度と方向を、ケーブルリール用速度制御装置ＲＩを用いて制御し、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２との大凡の回転数差、いわゆる滑りカップリングの滑り量を制御する。

この時、滑りの方向は、ケーブル巻取り時は滑りカップリング（入力側）ＳＣ１を滑りカップリング（出力側）ＳＣ２より速い目に、ケーブル引出し時は滑りカップリング（入力側）ＳＣ１を滑りカップリング（出力側）ＳＣ２より遅い目にする。

ここで、滑りカップリングの出力トルクの特性は、ケーブルリール用モータＭを、商用電源で一定方向、一定速度で回転させた場合は、図３のＴ１の特性になる。つまり、滑りカップリングは、滑り量が大きくなるにつれて、出力トルクが大きくなる特性になる。

一方ケーブルリールの駆動トルクとして望ましいのはＴ２のトルクで、回転速度に関係なく、トルク一定で、減速装置（減速機Ｇ１、Ｇ２）などの機械効率や、加速トルクを加味し、巻取り時はトルクを大きく、引出し時はトルクを小さくするのが望ましい。

本実施例では、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２との大凡の回転数差を一定に保つように制御することで、速度に関係なく大凡一定のトルクを発生させるとともに、巻取り時は、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２との大凡の回転数差を大きくし、引出し時は、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２との大凡の回転数差を小さくすることで、Ｔ２に近い特性としている。

この時、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２との回転数差は、小さ目に抑えることで、滑りカップリングの発熱は抑えられ、寿命が延び、消費電力も軽減する。

吊り具給電用のケーブルリールでは、巻上、巻下時以外にも、横行、走行等を行った時の荷振れでも、ケーブルが繰り出してしまいケーブルの弛みが出てしまう。
本実施例では、巻上、巻下停止時でも、横行や走行が動かされると、ケーブルリール用モータＭを低速で巻取り方向に動かし、ケーブル弛みの巻取りを行う。

なお、横行や走行を行った後は、荷の振れが暫く残留している。
この残留振れにより繰り出すケーブルを巻取るために横行、走行が停止後も暫くケーブルリール用モータを巻取り方向に低速で動かし続ける。そして、荷振れが収まった時間を見計らって、ケーブルリール用モータを停止させる。

本実施例では、ケーブルリールＲＥのモータＭと、ケーブルドラムＣＤに通じる減速装置Ｇ１、Ｇ２との間に滑りカップリングＳＣ１、ＳＣ２を介在させているので、滑りカップリング（入力側）ＳＣ１と滑りカップリング（出力側）ＳＣ２の回転数差の精度は粗くても、滑りカップリング部分で解消されるので問題にならない。したがって、ケーブルリール用モータの速度制御は汎用のインバータで対応できる。
また、このインバータには、高度な制御を実現するためのモータセンサ等のケーブルが不要になり、ケーブルリールＲＥと離れた位置にケーブルリール用速度制御装置ＲＩを配置することが容易となる。
このように、ケーブルリール用速度制御装置ＲＩの配置場所の自由度が増すことにより、巻上装置用速度制御装置ＨＩの近傍に配置して制御装置間の連動制御が行い易くなったり、２台の速度制御装置を同一制御盤ＣＰに収納し、一括で防塵や耐震、耐熱等の環境対策を行うことが可能になる等のメリットがある。

また、ケーブルリール用速度制御装置ＲＩが停止し、ケーブルリール用ブレーキＢが停止した状態であっても、滑りカップリングＳＣ１、ＳＣ２がケーブルドラムＣＤとの間に介在するので、吊り具ＧＢが巻下げられたり、荷振れで、吊り具給電ケーブルＣＡが引出されても、滑りカップリング（出力側）ＳＣ２が回転し、ケーブルＣＡやケーブルリールＲＥに損傷なく、インバータ式やサーボ式のケーブルリールの停止時の問題点を克服することができる。

以上、本発明のクレーンのケーブルリールについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のクレーンのケーブルリールは、滑りカップリング式ケーブルリールと、インバータ式ケーブルリールの双方の問題点を解消する滑りカップリング式ケーブルリールとして、クレーンのケーブルリールの用途に好適に用いることができるもので、産業上の利用価値は極めて高いものである。

ＣＲ クレーン
ＲＥ ケーブルリール（滑りカップリング式ケーブルリール）
ＣＡ 吊り具給電ケーブル
ＧＢ 吊り具（電動油圧グラブバケット）
ＭＨ 巻上装置
ＷＲ ワイヤロープ
ＨＩ 巻上装置用速度制御装置（インバータ）
ＲＩ ケーブルリール用速度制御装置（インバータ）
ＰＬ シーケンサー
ＣＴ コントローラ
ＣＰ 制御盤
ＨＬ 巻上装置用モータ電源
ＲＬ ケーブルリール用モータ電源
ＦＭ 周波数モニター
ＣＭ 周波数指令及び正転／逆転信号
ＳＣ１ 滑りカップリング（入力側）
ＳＣ２ 滑りカップリング（出力側）
Ｍ ケーブルリール用モータ
Ｂ ケーブルリール用ブレーキ
Ｇ１ 減速機（小歯車）（減速装置）
Ｇ２ 減速機（大歯車）（減速装置）
ＣＤ ケーブルドラム
ＳＨ 中空回転軸
ＳＲ スリップリング
Ｔ１ 滑りカップリング式ケーブルリールのトルク特性（商用電源時）
Ｔ２ 負荷必要トルク
Ｔ３ 過剰トルク

Claims (2)

1. ケーブルリールのモータと、ケーブルドラムに通じる減速装置との間に滑りカップリングを設け、前記モータをインバータを用いて回転数制御することにより、滑りカップリングの滑り量を調節するようにしたケーブルリールであって、クレーンの巻上装置の速度及び方向に基づいて、ケーブルリールのモータの回転速度及び回転方向を制御することにより、滑りカップリングの滑り量を調節し、クレーンの荷振れ時は、低速で巻取り方向にケーブルリールのモータを回転させることで、荷振れによるケーブルの弛みを解消し、クレーンの荷振れが止まった時間を見計らって、ケーブルリールのモータを停止させるようにしたことを特徴とするクレーンのケーブルリール。
2. クレーンが巻上状態の時には、滑りカップリングの滑り量が大きくなるように制御し、クレーンが巻下状態の時には、滑りカップリングの滑り量が小さくなるように制御することで、ケーブルの巻取りトルクを調節するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のクレーンのケーブルリール。

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