JPH05262283A - 船体の横傾斜自動矯正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷役作業に伴うカーゴの移動にもかかわら
ず、船体の横傾斜及びその横揺れの発生を防止して荷役
作業を安全迅速かつ省人省力的に行うことができる経済
的な船体の横傾斜自動抑制装置を提供する。 【構成】 船舶の上甲板に付設された荷役クレーン３に
より一方の舷外から荷物６をカーゴホールドへ荷役する
とともに、他方の舷外に張出されたブーム７を介して外
部海水に浸漬する水バッグ８を懸吊し、これを昇降して
荷役時の船体の横傾斜を抑制するようにした船舶におい
て、荷役時に上記荷物６により船体に加えられる傾斜モ
ーメントを求める傾斜モーメント検出手段と、この傾斜
モーメントの変化に連動して上記水バッグ８を自動的に
昇降停止することにより上記水バッグ８によるカウンタ
モーメントを常に上記傾斜モーメントにほぼ等しくする
水バッグ昇降制御手段とを具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船体の横傾斜自動矯正
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶の荷役作業時には、積荷（以下カー
ゴという）の吊上げ及びその船巾方向への移動により、
船体には横傾斜モーメントが作用する。船体が横傾斜す
ると、図７に示すように、これを元に戻そうとする復元
モーメントＷ・ＧＭｓｉｎθが発生するが、その大きさ
は船体の傾き角θに比例するので、この作用は船体に対
して復元バネとして作用する。したがって、船体の傾斜
運動は、巨視的に見れば、船体の中心線まわりの慣性モ
ーメントと上記の復元力のバネからなる図８モデル図に
示す１自由度の振動現象である。この振動系には水の抵
抗から生ずる減衰が作用するが、この減衰は、一般的に
対数減衰率で約５％程度の小さい値であるので、一旦、
横揺れが発生すると、なかなか減衰しないという特性を
持っている。また、小型内航船のように船体が小さい場
合、荷役時にカーゴ１個の吊上げ，移動，吊り下しによ
って生ずる船体の傾きは静的にでも最大５〜７度とな
り、無視し得ない大きさである。さらに、これに通常通
りカーゴを巻き上げ、又は巻き下ろしすることにより載
荷，除荷を行えば、クレーンの巻き上げ、巻き下げ速度
から載荷又は除荷は３秒程度の時間に終わるが、船舶の
横揺れの固有周期は前記の小型内航船の場合、通常約１
０秒程度、軽荷状態でも５秒程度であり、船体横揺れの
固有周期に比べて短い時間内での力の変動となるので、
船体の横揺れ振動系に対し衝撃を与えることになり、最
悪の場合は、前述の静的横傾斜角度の２倍の揺れ角度を
生ずる可能性がある。ちなみに、図８の船体質ｍに図９
のステップ入力が作用すると、図１０スペクトル図に示
すように、最大２倍の振巾となる。このように揺れが大
きくなると、荷役時のカーゴの取扱いが困難となり、荷
役の能率を著しく損なうことになるので、安全上からも
荷役の能率上からも、船体の横傾斜を抑制することが重
要となってくる。そこで、従来は必要に応じて、バラス
トタンクの注排水によりその姿勢を直すのであるが、こ
のようなバラスティングによる横傾斜矯正手段は比較的
大型船の姿勢制御には好適であるが、多大のコストを要
し、しかも、姿勢制御にかなりの時間を要する。

【０００３】ところで、本出願人は、中小型船にも好適
なものとして、比較的低コストでしかも迅速な姿勢制御
ができる経済的な船体の横傾斜防止装置の開発を開始
し、成案を得て最近特許出願を行った。この成案は、船
体の上甲板上に配設された舷外へ向かって延びるブーム
と、上記ブームの先端に昇降可能に懸吊された竪円筒状
の可撓性水バッグと、上記水バッグの底板に付設され遠
隔操作で開閉して貯溜海水を海上へ落下する排水バルブ
とを具えたことを特徴とする。すなわち、図１１斜視図
及び図１２正面図において０１は船体の上甲板に立設さ
れ舷外へ水平に延びる倒立Ｌ字状の水平ブームで、水平
ブーム０１の先端には蛇腹状に伸縮自在の可撓性竪円筒
状の水バッグ０２１が昇降自在に懸吊されている。０２
２は上甲板に並設された船長方向のレールに沿って走行
し荷物０２３の荷役を行う門型荷役クレーン、０２は水
平ブーム０１の基端部上に同軸的に配設されモーター０
３を介して互いに独立的に又は連動的に必要に応じて選
択的に制される３連ドラムウインチで、３連ドラムウイ
ンチ０２は水バッグの吊り具０２０を懸吊するメインロ
ープ０１８用のメインドラム０２−１と、水バッグの底
板を懸吊する底板引き上げロープ０１７用の底板ドラム
０２−２と、水バッグの排水バルブ開閉ロープ０１９を
巻き取る排水ドラム０２−３よりなる。０４は底板引き
上げロープ０１７の中間部をかけ回した動滑車０５のブ
ーム方向への移動用油圧シリンダー、０６は排水バルブ
開閉ロープ０１９の中間部をかけ回した動滑車０７のブ
ーム方向への移動用油圧シリンダー、０１０，０１５は
それぞれ水平ブームの先端に並設され、両端が左右１対
の軸受０８，左右１対の軸受０１３によりそれぞれ軸支
された軸で、軸０１０には定滑車０９，０１１がそれぞ
れ支持され、軸０１５には定滑車０１４，０１６がそれ
ぞれ支持されている。

【０００４】このような装置において、水バッグの吊り
具０２０を懸吊するメインロープ０１８は軸０１０の定
滑車０１１にかけ回されたのち、メインドラム０２−１
に巻回されている。それ故、メインドラム０２−１の巻
き取り，巻き戻しにより水バッグは昇降する。底板引き
上げロープ０１７は定滑車０９，動滑車０５，定滑車０
１４にかけ回されたのち、他端が底板ドラム０２−２に
巻回されている。それ故、底板ドラム０２−２の巻き取
り，巻き戻しにより、水バッグの底板は昇降し、昇降の
際、油圧シリンダー０４の縮伸により底板は急速に昇降
することになる。排水バルブ開閉ロープ０１９は定滑車
０１２，動滑車０７，定滑車０１６を経て排水ドラム０
２−３に巻回されている。それ故、油圧シリンダー０６
を若干伸長すれば、排水バルブ０２５は開き、水バッグ
中の張水は排水バルブ０２５を経て落下する。このよう
な装置によれば、下記の効果が奏せられる。 （１）荷役作業中は、油圧シリンダー０４，０６をあら
かじめそれぞれ伸長することで、動滑車０５，０７をそ
れぞれ水平ブームの先端方向へ移動しておき、底板引き
上げロープ０１７，排水バルブ開閉ロープ０１９を弛め
ることで、水バッグを伸長してその底板を外部海水に浸
漬し、排水バルブ０２５から外部海水を導入して水バッ
グをバランスウエイトとして使用する。いま、船体がｙ
軸の周りに反時計方向に傾いたならば、３連ウインチド
ラム０２を一斉に作動して、底板引き上げロープ０１
７，メインロープ０１８，排水バルブ開閉ロープ０１９
を巻き取る。そうすると、水バッグの水中浸漬部は減少
し、その水中重量が増加してカウンターモーメントＷ
ｗ、Ｌｗを発生し、船体の傾きを矯正する。船体がｙ軸
の周りに時計方向に傾き始めたならば、ウインチドラム
０２を逆転し、ロープ０１７，０１８，０１９を巻き戻
して水バッグを海水中に浸漬すると、その水中重量は減
少し、これにより船体のカウンターモーメントは減少す
る。 （２）水バッグの収納に当たっては、まず、ウインチド
ラム０２の作動により、水バッグを水面の若干上方へ引
き上げたのち、油圧シリンダー０６を縮長することによ
り、排水バルブ０２５を開く。そうすると、水バッグ内
の海水は、排水バルブ０２５を経て落下するので、水バ
ッグが空になったとき、油圧シリンダー０４を縮長する
ことで、水バッグの底板を引き上げて水バッグを折り畳
む。 （３）既存の船体に船殻の大規模な改造を行うことな
く、低コストで容易に横傾斜防止装置を追設することが
できる。しかしながら、その後の研究により、水バッグ
の昇降を個々のカーゴの重量に応じて自動的に省力かつ
省人的に行うことができれば、本装置は船舶の荷役作業
を安全迅速かつ経済的に行うものとして世界海運業界の
発展に少なからざる寄与をすることができると考えられ
るに至った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みて提案されたもので、荷役作業に伴うカーゴの
移動にもかかわらず、船体の横傾斜及びこれによる横揺
れの発生を防止して荷役作業を安全迅速かつ省力省人的
に行うことができる経済的な船体の横傾斜自動矯正装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、船
舶の上甲板に付設された荷役クレーンにより一方の舷外
から荷物をカーゴホールドへ荷役するとともに、他方の
舷外に張出されたブームを介して外部海水に浸漬する水
バッグを懸吊し、これを昇降して荷役時の船体の横傾斜
を抑制するようにした船舶において、荷物を昇降させる
荷物昇降装置と、水バッグを昇降させる水バッグ昇降装
置と、荷物の吊上げ重量を検出する荷物重量センサー
と、初めに上記荷物昇降装置により荷物を吊上げ、上記
荷物重量センサーにより所定重量を検出したとき、上記
荷物昇降装置を停止させるとともに上記水バッグ昇降装
置により水バッグの吊上げを開始させる制御装置とを具
えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

Ｉ．カーゴの地切り又は着地時 （ａ）カーゴ地切りの際は、吊り上げワイヤを巻き上
げ、ワイヤの緩みが無くなり、ワイヤが一杯に張っては
いるが、荷重はまだ殆どかかっていない状態で、ワイヤ
の巻き上げを一旦停止する。 （ｂ）反対舷側に装備されている水バッグを徐々に吊り
上げ、水バッグによるカウンタモーメントを増大してゆ
くと、船体が水バッグ側に傾こうとするので、丁度その
荷重分だけカーゴの荷重がカーゴ吊り上げワイヤにかか
ってゆき、水バッグによる船体のカウンタモーメントが
カーゴの重量による傾斜モーメントを上回ったときカー
ゴは完全に地面を離れるので、その点で水バッグの上昇
を停止する。 （ｃ）この状態で、船体の傾斜モーメントとカウンタモ
ーメントが丁度釣合っているので、カーゴ側のワイヤを
必要な高さまで巻き上げる。 （ｄ）着地の際は上記と丁度、逆の手順により、船体に
衝撃を与えることなくカーゴと着地することができる。

【０００８】II．荷物の横移動時 （ａ）カーゴの重量Ｗと、カーゴの船体中心線からの距
離Ｌを計測し、この両者の信号からカーゴによる船体傾
斜モーメントＷＬを演算によって求める。カーゴの横移
動につれて、この船体傾斜モーメントは減少してゆくの
で、この船体傾斜モーメントＷＬの演算信号を制御入力
として、水バッグの重量を丁度バランスするように追従
制御する。カーゴの横移動速度は通常十分に緩やかであ
るので、この追従制御にはさほど困難な点は無い。 （ｂ）カーゴが船体中央に達したとき、カーゴによる船
体傾斜モーメントはゼロとなるので、水バッグは完全に
水没させカウンタモーメントはゼロとする。この点を越
えてカーゴが船体中央より岸壁と反対側に移動するとき
は、これに釣合わせることのできるバランスウエイトは
無いので、水バッグは水没したままとする。 （ｃ）吊り上げていたカーゴをホールドに下す場合は、
その前後で船全体としての釣合いは変化しないので、船
体に動揺は生じないから、格別の手段は必要ない。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図１はその第１実施例の荷役中の状態を示す正面
図、図２は図１における本発明装置の制御システムを示
すブロック図、図３は図２におけるカーゴ，水バッグの
それぞれワイヤ張力を示す線図、図４は図２による本発
明装置の制御フローチャート、図５は本発明の第２実施
例の傾斜モーメントの力学的説明図、図６は図５におけ
る制御システムを示すブロック図である。

【００１０】まず、図１において、１は岸壁２に接岸し
て荷役を行っている貨物船、３は貨物船１の上甲板の両
舷に沿って布設された船長方向のレールに沿って走行す
る両脚を有する門型クレーンで、その横方向ガーダー４
は岸壁上方に張り出されている。５はガーダー４に沿っ
てカーゴ６を昇降及び移動するトロリー、７は上甲板で
岸壁とは反対舷に立設され先端が舷外へ張出されたブー
ムで先端には張水された可撓性円筒状の水バッグ８の下
部が高さＨの水面上方位置にワイヤを介して昇降可能に
懸吊されている。

【００１１】このような装置において、積込時の操作は
下記の手順で行われる。 （ａ）カーゴ側のワイヤを巻き上げてゆき、ワイヤがピ
ーンと張って張力がかかったことを誤り無く識別できる
最少限の荷重をカーゴ重量センサー１６により検出した
時点でカーゴ６の巻き上げを停止する。 （ｂ）水バッグ８を巻き上げてゆき、カーゴ６の地切り
を行う。その際、カーゴ６が地切りするまでは水バッグ
重量センサー１２による水バッグ８の重量Ｗ_W と、カー
ゴ重量センサー１６によるカーゴ側の重量Ｈ_F は互いに
対応して増加してゆくが、カーゴが地切りするとカーゴ
重量センサー１６により検出される重量の増加も止ま
る。ここで、水バッグ側を更に上昇させても、船体が水
バッグ側に傾くばかりである。したがって、巻き上げて
いるにもかかわらずカーゴ重量センサー１６により検出
される荷重が増加しなくなったら、カーゴが地切りした
のであるから、水バッグの巻き上げを停止する。なお、
水バッグが十分巻き上げられ、水バッグによるカウンタ
モーメントが飽和した場合は、カーゴが地切りしたもの
とみなし、次の（ｃ）に進む。（この場合でも、カーゴ
による傾斜モーメントは最大限に相殺され、カーゴによ
る横傾斜は減少する。） （ｃ）カーゴの横移動が可能となる高さまでカーゴを巻
き上げる。なお、これらの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の作
動は、１つの操作レバーを操作するのみで、水バッグの
巻上げ、カーゴの巻上げ及びその切換えが自動的に行わ
れる （ｄ）カーゴの横移動に際しては、図１において、Ｌと
Ｈは比例的に減少して同時にＬ＝０及びＨ＝０となるよ
うにＨを制御する。ここで、Ｌのマイナス側、すなわち
カーゴが岸壁と反対舷に移動する場合はＨの変化はカウ
ンタモーメントには役立たない。 （ｅ）カーゴをホールドに下す際は船全体としてのバラ
ンスは変化しないので、特に配慮することはない。カー
ゴを陸揚げする場合は、上記と手順が逆になるのみであ
るので説明は省略する。

【００１２】以上述べたカーゴ積込時の操作を図２〜図
３について述べると、図２の荷役制御装置１０にて、レ
バー又は押しボタン等、適当な手段により図３の時点Ａ
においてカーゴの巻き上げを指令Ｈしたとする。制御装
置１０から巻き上げ指令信号Ｈが発せられると、ごく短
時間の遅れの後の時点Ｂで荷役クレーン３に巻き上げ信
号Ｈ_FOが発せられ、カーゴクレーンのワイヤが巻き上げ
られ、カーゴ側の荷重Ｗ_F が０から増加しようとする。
このＷ_F の変化が図示省略のカーゴ重量センサーＷ_F に
より時点Ｃにて設定値に達したことが検出されると、演
算装置１１はＨ_FOの増加を一時ホールドし、Ｈ_WOのよう
に水バッグウインチに巻き上げ指令を与える。水バッグ
を巻き上げている際にカーゴ側の荷重の増加が止まる
か、又は水バッグが有効リフト一杯まで巻き上げられる
かすれば、その時点で水バッグの巻き上げは停止し、時
点Ｅでホールドしていたカーゴの巻き上げ信号Ｈ_FOを再
び増加し、カーゴの横行に十分な高さまで巻き上げる。
次に時点Ｆでカーゴの横行指令を与えると、横行指令信
号Ｔ_FO又は荷物の横行位置の計測値Ｌに比例して、水バ
ッグの吊り上げ高さ指令信号Ｈ_WOを減じてゆき、図１の
Ｌ＝０の位置にてＷ_W が時点Ｈで０となるように制御す
る。以上の操作を図示すると、図４に示すフローチャー
トとなる。

【００１３】なお、傾斜モーメントを求める手段とし
て、図５に示すように、カーゴの荷重Ｗ_F により発生す
るカーゴクレーン３の両脚の荷重Ｗ₁ ，Ｗ₂ をロードセ
ルにてそれぞれ検出し、次式により傾斜モーメントを求
めることもできる。 傾斜モーメントＭ_C ＝Ｗ₂ Ｌ₂ −Ｗ₁ Ｌ₁ このような傾斜モーメント検出手段を採用した場合は、
さきに述べた図２は図６に示すようになる。

【００１４】

【発明の効果】要するに本発明によれば、船舶の上甲板
に付設された荷役クレーンにより一方の舷外から荷物を
カーゴホールドへ荷役するとともに、他方の舷外に張出
されたブームを介して外部海水に浸漬する水バッグを懸
吊し、これを昇降して荷役時の船体の横傾斜を抑制する
ようにした船舶において、荷物を昇降させる荷物昇降装
置と、水バッグを昇降させる水バッグ昇降装置と、荷物
の吊上げ重量を検出する荷物重量センサーと、初めに上
記荷物昇降装置により荷物を吊上げ、上記荷物重量セン
サーにより所定重量を検出したとき、上記荷物昇降装置
を停止させるとともに上記水バッグ昇降装置により水バ
ッグの吊上げを開始させる制御装置とを具えたことによ
り、荷役作業に伴うカーゴの移動にもかかわらず、船体
の横傾斜及びこれによる横揺れの発生を防止して荷役作
業を安全迅速かつ省力省人的に行うことができる経済的
な船体の横傾斜自動矯正装置を得るから、本発明は産業
上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の荷役中の状態を示す正面
図である。

【図２】図１における本発明装置の制御システムを示す
ブロック図である。

【図３】図２におけるカーゴ，水バッグのそれぞれ高さ
及びカーゴ，水バッグのそれぞれワイヤ張力を示す線図
である。

【図４】図２による本発明装置の制御フローチャートで
ある。

【図５】本発明の第２実施例の傾斜モーメントの力学的
説明図である。

【図６】本発明の第２実施例における制御システムを示
すブロック図である。

【図７】公知の船舶の復元メーメントを示す力学的説明
図である。

【図８】公知の船舶の横揺れ固有振動を示す力学的モデ
ル図である。

【図９】図８の船体質量に作用するステップ入力を示す
線図である。

【図１０】図８の船体質量に図９のステップ入力が作用
した場合の振巾を示す衝撃スペクトル図である。

【図１１】本出願人が最近、特許出願した船体の横傾斜
防止装置を示す斜視図である。

【図１２】図１１の装置を備えた貨物船の荷役中の状態
を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 貨物船 ２ 岸壁 ３ 荷役クレーン ４ ガーター ５ トロリー ６ カーゴ ７ ブーム ８ 水バッグ １０ 荷役制御装置 １１ 演算装置 １２ 水バッグ重量センサー １３ 水バック吊上げ高さセンサー １４ カーゴ吊上げ高さセンサー １５ カーゴ横行位置センサー １６ カーゴ重量センサー １７ カーゴクレーン左舷脚重量センサー １８ カーゴクレーン右舷脚重量センサー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の上甲板に付設された荷役クレーン
   により一方の舷外から荷物をカーゴホールドへ荷役する
   とともに、他方の舷外に張出されたブームを介して外部
   海水に浸漬する水バッグを懸吊し、これを昇降して荷役
   時の船体の横傾斜を抑制するようにした船舶において、
   荷物を昇降させる荷物昇降装置と、水バッグを昇降させ
   る水バッグ昇降装置と、荷物の吊上げ重量を検出する荷
   物重量センサーと、初めに上記荷物昇降装置により荷物
   を吊上げ、上記荷物重量センサーにより所定重量を検出
   したとき、上記荷物昇降装置を停止させるとともに上記
   水バッグ昇降装置により水バッグの吊上げを開始させる
   制御装置とを具えたことを特徴とする船体の横傾斜自動
   矯正装置。