JPH0818775B2 - 懸垂された条体の制振装置 - Google Patents

懸垂された条体の制振装置

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JPH0818775B2
JPH0818775B2 JP25481088A JP25481088A JPH0818775B2 JP H0818775 B2 JPH0818775 B2 JP H0818775B2 JP 25481088 A JP25481088 A JP 25481088A JP 25481088 A JP25481088 A JP 25481088A JP H0818775 B2 JPH0818775 B2 JP H0818775B2
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眞卿 各務
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株式会社日立ビルシステムサービス
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は懸垂された条体の制振装置に係り、特にエレ
ベータのテールコードのような懸垂された条体に好適な
制振装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に昇降機、例えばエレベータに用いられるテール
コード、主ロープ、重量補償ロープ等の懸垂された条体
は、狭くて高い昇降路の中に懸垂されている。このため
地震や台風で建物が揺れたときに超高層ビルの固有振動
数と共振し、低周期、大振幅で振れ易い。これらの条体
が大きく揺動すると、昇降路の壁面に取付けられた機器
や部材等に絡みつき易く、絡んだままで昇降機を運転す
ると、機器等を破損するなどの事故を起こしてしまう。
このような事故を防止するために、地震発生から条体
の揺動が減衰するまでの間、運転を停止させる管制運転
システムが一般に採用されているが、一旦成長した条体
の振動が自然減衰するまでには長時間を要し、これに対
応して昇降機の停止時間も長く設定しなければならな
い。
そこで、この停止時間を短かくするために、本件出願
と同一発明者に係る特開昭57−94045号公報に示された
「垂直に吊るした可撓線材の制振装置」や、特開昭57−
124145号公報に示された「吊設条体の制振装置」等が既
に提案されている。
これらの制振装置は、鉄道車両の懸架機構として実績
のある浮動懸架装置の原理をテールコードの揺動の制振
に適用してなされたものである。鉄道車両の浮動懸架装
置の場合には台車で車体を浮動懸架し、ばねあるいは振
子の発生する力によつて復心力を与えている。この復心
力が強過ぎると浮動懸架装置としての意味を成さないの
で適度に弱い復心力とすることが必要であるが、許容ス
トロークを越して揺動することを防止するために車両等
ではばねでストツパーを構成するのが一般的である。こ
の復心力の大きさを表現するには、一般に仮想振子半径
Rが用いられている。つまり、浮動懸架支点を揺動支点
よりも寸法Rだけ高い位置から吊られた半径Rの仮想の
振子を想定し、この仮想振子で揺動支点を吊るしている
と考え、重力によつて振子に発生する復心力がばね等の
手段で発生する復心力と等しくなるときに、この半径R
を仮想振子半径Rと呼んでいる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明者の実験によれば、条体の浮動懸架機構におい
ては上述の仮想振子半径Rを相当大きくしないと良好な
吸振効果が発揮されないことが分かつた。これは条体の
浮動懸架機構による制振装置の場合、復心力を著しく弱
くする必要があることを意味しており、これを実現する
には浮動支点が一定限度以上に振れないようにするスト
ツパーが不可欠である。
しかしながら、ストツパーの作用によつて、浮動懸架
機構に働く復心力が急激に変化すると、担体から負荷に
対して若干のシヨツクが加わり、このシヨツクは揺動の
基本波の高調波成分を加えたのと同様の作用を及ぼす。
この傾向が極端になつても負荷の乗り心地が悪くなる点
を別にすると基本波に対する制振効果そのものが損なわ
れる訳ではなく、鉄道車両のように負荷の物体が車体す
なわち一体の剛体である場合には大きな支障は生じな
い。しかし、負荷が懸垂条体の場合には、条体が一体に
揺動する訳ではなく無限の自由度をもつて複雑に揺動す
るのであり、条体は1次、2次、3次……n次の任意の
モードで揺動することが可能で、復心力の変化が滑らか
でなくなると条体の高次のモードの振動の加振力として
作用し、条体の制振に悪影響を与えることが試験によつ
て明らかになつた。
本発明の目的は、復心力特性を改善して高次のモード
の揺動の誘発を防止した懸垂された条体の制振装置を提
供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために、懸垂された条体
とは直交し、かつ張力に対して直角な方向に揺動可能な
浮動懸架機構で上記条体を支持懸架したものにおいて、
上記浮動懸架機構は、上記条体を懸架して往復揺動する
シヤトルと、このシヤトルを案内する案内装置を有し、
この案内装置による上記シヤトルの案内軌跡曲線を上記
条体の懸架方向に向かって凸とすると共に、往復揺動の
中立位置における上記案内軌跡曲線の曲率半径を上記条
体の全長の1/20以上とし、揺動の方向をX軸、上記条体
の張力の方向をY軸とし、上記案内軌跡曲線の凸の方向
のY軸の符号を負とし、上記条体の揺動の中立軸をX軸
の原点とし、上記案内軌跡曲線を揺動の中立位置を原点
とした関数 Y=f(X) で表わしたとき、上記シヤトルの往復動の範囲内で、こ
の関数の1次の微係数 dY/dX が連続であるようにすると共に、この関数の2次の微係
数 d2Y/dX2 が上記シヤトルの往復動の中心位置から両端に向けて増
加しており、この2次の微係数が中立位置付近でとる値
に対して上記シヤトルの往復動の両端付近でとる値が2
倍以上となるようにしたことを特徴とする。
〔作 用〕
本発明による懸垂された条体の制振装置は上述の如き
構成であるから、地震等によつて建物が揺れたときに浮
動懸架機構が作動して条体への振動エネルギーの供給を
抑制すると共に、若干のエネルギーが条体に供給された
り条体の昇降塔側支点から建物の振動が条体に伝えられ
るために条体の揺動は時間と共に成長しようとするが、
条体が揺れると浮動懸架機構のシヤトルが動作し、ここ
に作用する摩擦抵抗等の制動力によつて条体の揺動の揺
動エネルギーを消耗吸収することができる。このときシ
ヤトルを案内する案内装置の案内軌跡曲線の1次の微係
数が連続であるため、案内軌跡曲線の勾配は滑らかに増
加しており、高次のモードでの条体の揺動が励振される
ことはなく低次のモードの揺動を効果的に制振すること
ができる。また2次の微係数が中立位置から両端に向か
って単調増加しており、かつ両端付近で十分大きいため
に、案内軌跡曲線の勾配は中立位置から離れるに従って
加速度的に滑らかに増加しており、復心力がシヤトルの
揺動の両端付近で十分大きくなるよう特性を改善するこ
とによつてストツパーを省略することができる。また2
次の微係数が中立位置から両端に向かって増加している
ことは、中立位置付近の曲率半径が大きく両端付近の曲
率半径が小さいことを意味するので、揺動の振幅の大小
に伴って浮動懸架機構の仮想支点からの仮想振子半径R
が変化し、振幅が小さいときは仮想振子半径Rが大きい
ので復心力は十分弱くなり、浮動懸架支点は動き易くな
つて吸振性能を十分に発揮し、また振幅が大きくなる
と、もはや浮動懸架支点が動き易いことは必要ないが、
このとき仮想振子の平均的半径Rが小さくなつて揺動の
周期が短くなるため吸振性能はやはり良くなる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面によつて説明する。
第1図は制振装置をエレベータの条体としてのテール
コードに適用した場合の斜視図である。
主ロープ3によつて吊られた籠2の下部には浮動懸架
機構を介してテールコード4の一端がほぼ水平方向に揺
動可能に支持されている。より詳細には、案内軌跡曲線
11を有する案内装置12が籠2の下部に固定され、この案
内軌跡曲線11に沿って移動するローラ10を有するシヤト
ル9が設けられており、このシヤトル9にテールコード
4の端部外装被覆を裂いて剥ぎ出したスチールコード7
を接続している。スチールコード7を除いたテールコー
ド4の端部8は複数本の多芯ケーブルから成っていてジ
ヤンクシヨンボツクス5に接続されている。テールコー
ド4の重量はスチールコード7によつて支えられ、端部
8には通常弛みが与えられて張力が加わっていない。テ
ールコード4の他端は昇降路壁面1の塔側ジヤンクシヨ
ンボツクス6に接続している。
テールコード4の籠側端に浮動懸架機構を構成したた
め、案内装置12に沿ってシヤトル9が水平揺動すると、
端部8が弾性変形し、変形の際の内部摩擦によるエネル
ギー損失が大きく、つまり変形抵抗のヒステリシスが大
きいので、テールコード4の揺動運動に対して制動力を
及ぼし振動エネルギーを消耗させる。またテールコード
4の端部8が持っている弾性によつてA点の水平揺動変
位に対して復心力を及ぼす。
案内軌跡曲線11は案内装置12の長手方向に実際には水
平でなく、中央部分が揺動の中立位置となるよう下方に
凸な円弧形状をしており、テールコード4に働く重力に
よつてシヤトル9には中立位置に戻す復心力が発生す
る。この点は第2図、第3図および第4図を用いて更に
詳細に説明する。
第2図は案内装置12の案内軌跡曲線11を示すが、実際
の曲線を図示するのは困難なのでY軸方向を拡大して誇
張して描いている。B点は軌跡曲線11の最下部の中立位
置で、テールコード4が揺動していないとき、重力の作
用によつて発生する復心力によりテールコード4の支持
点であるシヤトル9は点Bに自動的に復帰する。シヤト
ル9の揺動方向をX軸、テールコード4の張力方向をY
軸、中立位置を原点0としたとき、軌跡曲線11は下記の
数式で表わされる。
Y=1/2・ρ0X2+aX4 ……(1) この(1)式を微分すると(2)式を得る。
dY/dX=ρ0X+4aX3 ……(2) (1)式の1次の微係数は、第3図のようになり軌跡
曲線11の勾配であり、重力によつて発生する復心力の大
きさを意味している。復心力とはシヤトル9に対する加
速度であるから、軌跡曲線11の1次微係数が連続である
とは加速度が連続的に変化することであり、急変しない
という力学的条件を意味している。
更に(2)式を微分して(3)式を得る。
dY2/dX2=ρ+12aX2 ……(3) このように微分が2回可能であることは、1次の微係
数が連続であるという条件を満たしている。(3)式に
おいて、中立位置付近ではX=0であり、これを代入す
ると(3)式の値はρとなる。この値の逆数が浮動懸
架機構の仮想支点半径の仮想振子半径R0である。本実施
例では2次の微係数が中立位置でとる値に対して、往復
動の両端でとる値を2倍以上としており、これは両端位
置のXの値において(3)式の第2項の値が第1項の値
よりも大きくなるようにaの値を決めることを意味して
いる。また、これは後述する(4)式が表現するのとほ
ぼ同等の意味を有しており、つまり往復動の両端付近で
の曲率を中立位置の曲率の2倍以上とするのとほぼ同じ
ことである。
本発明者の試験研究によれば、仮想振子半径Rはテー
ルコード4の全長に匹敵するように大きくする程良好な
吸振効果が発揮され、実用的制振効果を期待するには、
仮想振子半径Rをテールコード4の全長の1/20以上とす
る必要がある。案内軌跡曲線11は、この試験研究に基づ
いて数学的に規定したものである。
このようにして少なくとも2回微分可能な数学的関数
Y=f(X)で、軌跡曲線11を定義し、NC制御工作機械
を用いて案内装置12を得ることができる。また他の例で
は、曲率の異なった円弧を尖りが無いように滑らかにつ
なぎ合わせて案内軌跡曲線11を得、中立位置付近の曲率
半径R0に対して両端付近の曲率半径Reを下記(4)式の
条件を満たすように決めても良い。
Re<1/2・R0 ……(4) この場合、曲線に尖りが無いので1次の微係数は連続
である。周知のように曲線の勾配の小さな範囲では2次
の微係数は曲率と同じであり、曲率半径は曲率の逆数で
あるから、(4)式は2次の微係数に関する規定と同じ
ことを意味している。
上述した(2)式の第1項は曲線の勾配すなわち復心
力が中立位置からの変位Xに正比例していることを示し
ており、いわゆる線形特性のばねで復心力を与えている
のと力学的に同じであり、これに第2項が追加されてい
ることから、変位に伴い滑らかにばね定数が増す非線形
ばねで復心力を与えるという思想と類似である。また
(1)〜(3)式において、aが零であると第2項は零
となり、第1項だけとなつて放物線となるが、この放物
線を原点の付近で曲率が同一である円弧に置き換えて
も、中立位置付近では殆んど同じである。また両端では
2次の微係数すなわち曲率が第2項の値の加速度的増加
により増すので、この曲率に合致する円弧を滑らかに繋
ぎ合わせても等価的である。
また軌跡曲線11の形状の別の考え方として、偏平率を
著しく大きくした楕円を用い、この楕円の一部分だけを
切り出したり、他の幾何学的曲線の一部を吟味しつつ切
り出しても同様の効果を期待することができる。
更に、軌跡曲線11をNC機械で加工する場合、細かいピ
ツチでX座標とY座標を計算して与えて飛び飛びの点を
定め、この点の間を直線近似で与えるのが一般的である
が、これを数学的に極めて厳密に表現すると、軌跡曲線
11は多角形で表わされていることになり、多角形の各辺
の接続部では曲線の1次の微係数が不連続であり、2次
の微係数も存在しないことになつてしまう。しかし、こ
のようにして加工した場合でも、NC加工のピツチが細か
いなら実用的に十分滑らかな曲線を実現することがで
き、実用的範囲において先の条件を満たしていることに
なる。
上述の実施例においてはシヤトル9の案内軌跡曲線11
を中立位置に対して左右対称形にしたが、非対称にして
も良く、また浮動懸架機構は籠側に設けると共に水平面
内で1次元方向のものとしたが、塔側に設けたり2次元
方向に作動するものとしても良い。また2次元方向浮動
懸架システムを回転楕円形状の皿型軌道面で一体に構成
した場合、皿型軌道面の中立位置から立てた垂直軸を含
む任意の平面と、皿型軌道面が交わってできる曲線が、
案内軌跡曲線11の条件を満たせば良い。更に本実施例
で、案内軌跡曲線11を有する案内装置12によつてシヤト
ル9の移動を案内したが、案内軌跡曲線11を直線にし、
シヤトル9のローラ10の半径が回転角方向に変化する偏
心車輪としてもシヤトル9の案内軌跡曲線を下に凸な曲
線とすることができるから、これらによつて案内装置を
構成しても良い。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、振幅が小さいと
きは曲率半径Rが大きいので復心力は小さく、振幅が大
きいときは曲率半径Rが小さくて復心力が大きくなると
いうように、揺動の中立位置からの変位に応じて復心力
を滑らかに増加するように復心力特性を改善でき、その
急激な変化を防止したため高次のモードの揺動を誘発す
ることなく、懸垂条体に対して良好な制振効果を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による懸垂された条体の制振
装置を適用したエレベータの斜視図、第2図は第1図の
要部拡大図、第3図および第4図は第2図の案内軌跡曲
線を示す関数の1回および2回の微係数を示す曲線図で
ある。 2……籠、4……テールコード、7……スチールコー
ド、8……端部、9……シヤトル、10……ローラ、11…
…案内軌跡曲線、12……案内装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】懸垂された条体と直交すると共に張力に対
    して直角な方向に揺動可能な浮動懸架機構で上記条体を
    支持した懸垂された条体の制振装置において、上記浮動
    懸架機構は、上記条体を懸架して往復揺動するシヤトル
    と、このシヤトルを案内する案内装置を有し、この案内
    装置による上記シヤトルの案内軌跡曲線を上記条体の懸
    架方向に凸とすると共に、往復揺動の中立位置における
    上記案内軌跡曲線の曲率半径を上記条体の全長の1/20以
    上とし、揺動の方向をX軸、上記条体の張力の方向をY
    軸、上記案内軌跡曲線の凸の方向のY軸の符号を負、上
    記条体の揺動の中立軸をX軸の原点とし、上記案内軌跡
    曲線を揺動の中立位置を原点とした関数 Y=f(X) で表わしたとき、上記シヤトルの往復動の範囲内で、こ
    の関数の1次の微係数 dY/dX が連続であるようにすると共に、この関数の2次の微係
    数 d2Y/dX2 が上記シヤトルの往復動の中心位置から両端に向けて増
    加しており、この2次の微係数が中立位置付近でとる値
    に対して上記シヤトルの往復動の両端付近でとる値が2
    倍以上となるようにしたことを特徴とする懸垂された条
    体の制振装置。
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US5509503A (en) * 1994-05-26 1996-04-23 Otis Elevator Company Method for reducing rope sway in elevators

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