JPH08337393A - 動索ワイヤロープの寿命判定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動索ワイヤロープの寿命判定精度を向上させ
ると共に、負荷の大きさを測定するための特別なパラメ
ータあるいは検出器を設けることなく寿命判定を簡便に
行う方法および装置を提供する。 【解決手段】 ワイヤロープ駆動モータの負荷電流を複
数の電流値範囲に分割する形で検出し、同時にワイヤロ
ープ駆動装置の動滑車位置を検出して、動滑車と静滑車
間距離かり、動索ワイヤロープ全長のうちの特定位置に
おける繰り返し曲げ回数を算出し、負荷電流の大きさが
予め定めた条件を満足する場合に、電流値範囲毎の繰り
返し曲げ回数に関する線形結合を逐次累積演算し、累積
された線形結合結果の値が予め設定した基準値を越えた
場合に動索ワイヤロープの寿命と判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動索ワイヤロープ
に加わる負荷の大きさおよび負荷毎の発生頻度から動索
ワイヤロープの寿命を判定する方法及び装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】動索ワイヤロープの寿命は、軸方向の引
張荷重すなわち動索ワイヤロープに加わる負荷の大き
さ、およびその負荷が加えられた状態で、滑車やドラム
により動索ワイヤロープが受ける繰り返し曲げ回数（通
常は、ドラムより径の小さい滑車による曲げ回数を考え
る）すなわち負荷毎の発生頻度により決定される。

【０００３】一般的には、負荷の大きさは動索ワイヤロ
ープによって吊り上げられる荷重の大きさや、ワイヤロ
ープそのものあるいはフックや架台などワイヤロープの
支持機構に現れる歪の大きさなどを検出することにより
知ることができる。また、発生頻度については、動索ワ
イヤロープのある部位（特定位置）が滑車を通過する回
数すなわち動索ワイヤロープが受ける繰り返し曲げ回数
により求めることができる。そして負荷の大きさおよび
負荷毎の発生頻度を測定することができれば、これらの
データに基づいて公知の方法であるマイナー則（Ｍｉｎ
ｅｒ’ｓ ｌａｗ）あるいは修正マイナー則（ｍｏｄｉ
ｆｉｅｄ Ｍｉｎｅｒ’ｓ ｌａｗ）などを利用して動
索ワイヤロープの寿命を判定することができる。

【０００４】従来から、動索ワイヤロープに加わる負荷
の大きさおよび発生頻度に基づく動索ワイヤロープの寿
命判定は行なわれており、この方法を利用した動索ワイ
ヤロープの寿命管理方法として、例えば、特開昭６２一
１７６３８号公報に、また、この装置を利用したワイヤ
ロープ診断装置として、例えば特開昭６２一１３２１４
４号公報に開示されている。上記これらの方法および装
置は、負荷すなわち荷重の大きさを歪センサあるいはロ
ードセルで検出し、また、発生頻度をドラムの回転を認
識するパルス発生器などにより検出して、これらの積算
値などから動索ワイヤロープの寿命判定を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の方
法および装置においては、負荷の発生頻度をドラムの回
転数あるいは回転方向から求めているため次のような問
題がある。すなわち、これではワイヤロープの移動距離
に相当する指標は導けるものの、動滑車が移動すること
により静滑車との距離が変化することに起因する、ワイ
ヤロープの移動距離とワイヤロープが受ける繰り返し曲
げ回数の間の非線形性を評価できず、ワイヤロープ特定
位置の曲げ回教を正確に測定することはできない。

【０００６】図６でその理由を説明する。図に示すよう
に、クレーンをモデル化した動滑車と静滑車が共に２個
の動索ワイヤロープの場合、囲中※印をつけたワイヤロ
ープ位置は、滑車間距離が最小値からその２倍になる
と、動滑車と静滑車を合わせて滑車を２度通過する、す
なわち、ワイヤロープは滑車により２回曲げを受ける。
しかし．滑車間距離が最小値からその５倍になっても曲
げ回数は３回であり、曲げ回数は動索ワイヤロープの移
動距離に比例せず、動滑車と静滑車の距離が広がるほど
曲げ回数の増加率は低くなる。

【０００７】さらに、動索ワイヤロープに加わる負荷の
大きさを測定するために、本来ならば動索ワイヤロープ
の駆動には不必要な歪センサやロードセルなどの検出器
を取り付ける必要があり設備のコストアップ要因とな
る。また、これらの検出器の出力値に対する精度管理や
検出器のメンテナンスを行う必要性も生じる。

【０００８】本発明の目的は、ワイヤロープが受ける繰
り返し曲げ回数を精度良く測定することにより、動索ワ
イヤロープの寿命判定精度を向上させると共に、負荷の
大きさを測定するための特別なパラメータあるいは検出
器を設けることなく、動索ワイヤロープの寿命判定を簡
便に行う方法および装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワイヤロープ
駆動モータの負荷電流を複数の電流値範囲に分割する形
で検出し、負荷電流の検出と同時にワイヤロープ駆動装
置の動滑車位置を検出して、前記動滑車位置と静滑車位
置の差である滑車間距離から、動索ワイヤロープ全長の
うちの特定位置における繰り返し曲げ回数を算出し、前
記負荷電流の大きさが予め定めた条件を満足する場合
に、前記電流値範囲毎の前記曲げ回数に関する線形結合
を逐次累積演算し、累積された線形結合結果の値が予め
設定した基準値を越えた場合に動索ワイヤロープの寿命
と判定することを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、ワイヤロープ駆動モータ
の負荷電流を複数の電流値範囲に分割する形で検出する
手段と、負荷電流の検出と同時にワイヤロープ駆動装置
の動滑車位置を検出する手段と、前記動滑車位置と静滑
車位置の差である滑車間距離から、動索ワイヤロープ全
長のうちの特定位置における繰り返し曲げ回数を算出す
る手段と、前記負荷電流の大きさが予め定めた条件を補
足するかどうかを判定する手段と、前記電流値範囲毎の
前記曲げ回数に関する線形結合を逐次累積演算する手段
と、累積された線形結合結果の値が予め設定した基準値
を越えた場合に動索ワイヤロープの寿命と判定する手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明においては、動索ワイヤロープに加
わる負荷の大きさを表すパラメータとして、動索ワイヤ
ロープの巻上げあるいは巻下げを行うためのワイヤロー
プ駆動モータの負荷電流を採用する。

【００１２】図２に動索ワイヤロープに加わる負荷とワ
イヤロープ駆動モー夕の負荷電流とがどの様な関係にあ
るかを調べた結果を示す。図２はホイストクレーン（定
格荷重：５トン）の吊り荷重と一定速度巻上げ中におけ
るワイヤロープ駆動モータの定常負荷電流の関係を示し
ているが、この図からワイヤロープ駆動モータの負荷電
流によって動索ワイヤロープに加わる荷重、すなわち負
荷の大きさを推定できることが分かる。

【００１３】また、負荷毎の発生頻度に相当するパラメ
ータすなわち動索ワイヤロープが受ける繰り返し曲げ回
数については、ワイヤロープ駆動装置の動滑車の位置か
ら動滑車と静滑車間の距離を検出して、幾何学的条件か
ら知ることができるところの最も滑車を通過する回数の
多いワイヤロープの特定位置が、両滑車を何回通過した
かをカウントすることにより求める。モータの負荷電流
は、動索ワイヤロープを駆動する装置においては通常特
別な検出手段を設けなくても検出可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明においては、ワイヤロープ
駆動モータの負荷電流を複数の電流値範囲に分割する形
で検出する。また、負荷電流の検出と同時にワイヤロー
プ駆動装置の動滑車の位置を検出し、移動中における動
滑車と静滑車間の距離から動索ワイヤロープが受ける繰
り返し曲げ回数を算出する。次に、この曲げ回数の電流
値範囲毎の分布すなわち負荷頻度分布に基づき、動索ワ
イヤロープの巻上げや巻下げなどの動作時における電流
値範囲毎の曲げ回数に関する線形結合を逐次累積演算す
る。１回の動作における線形結合結果は、その動作によ
り動索ワイヤロープに加わった負荷に相当し、その累積
結果は使用期間にわたって動索ワイヤロープに加わった
累積負荷に相当する。そして、この累積線形結合結果す
なわち動索ワイヤロープに加わった累積負荷値が、予め
設定した基準値を越えた場合に動索ワイヤロープが寿命
に達したと判定する。

【００１５】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例の概略を示すブロック図で
ある。図１において、１はＡ／Ｄ（アナログーディジタ
ル）変換器や信号増幅器などから構成される電流信号入
力部、２は同じくＡ／Ｄ変換器や信号増幅器などから構
成される位置信号入力部、３は曲げ回数算出部、４は条
件判定部、５は累積負荷演算部、６は寿命判定部、７は
判定結果表示部である。

【００１６】本実施例では、図示しないワイヤロープ駆
動モータから検出される負荷電流信号をＡ／Ｄ変換器な
どにより複数の電流値範囲に分割する形で電流信号入力
部１に入力する。分割数をいくつにするかについては特
に規定しないが、あまり分割数を多くするとデータ入力
処理の時間が長くなり、またＡ／Ｄ変換に伴う量子化誤
差も増大するので好ましくない。

【００１７】また、ワイヤロープ駆動モータの負荷電流
の検出と同時に、同じく図示しない動索ワイヤロープ駆
動装置の動滑車位置信号を位置信号入力部２に入力す
る。曲げ回数算出部３では、動滑車位置を検出すること
により求まる時々刻々の動滑車と静滑車間の距離から、
滑車によりワイヤロープ特定位置が受ける曲げ回数を求
める。

【００１８】図６のような、複数対の動滑車と静滑車の
径が全て等しく、ワイヤロープの一端はドラムによって
巻取られ、他端は動滑車位置に固定されているとした場
合のこれらのパラメータと曲げ回数の関係を求める演算
式を式（１）に示す。

【数１】

【００１９】式（１）において、Ｈは動滑車と静滑車間
の距離、Ｈｏは動滑車と静滑車が最も接近したときの動
滑車と静滑車間の距離、Ｎは動滑車と静滑車を合わせた
滑車数、ｒは滑車の半径、ＩＮＴは小数点以下を切捨て
した整数を表し、ｎがワイヤロープ全長のうちの特定位
置における曲げ回数である。実際には、動索ワイヤロー
プの巻上げと巻下げを考慮して、式（１）左辺のｎがカ
ウントアップあるいはカウントダウンした回数を累積す
ることにより曲げ回数を算出する。なおここで、ワイヤ
ロープの特定位置とは、動滑車と静滑車が最も接近した
ときに、ドラムに一番近い動滑車に接触する位置（図６
中の※印）である。

【００２０】条件判定部４では、入力された負荷電流
と、例えば無負荷時などを考慮して予め定めた負荷電流
の下限値とを比較して、入力された負荷電流の値の方が
小さい場合には、これらのデータは寿命判定には利用し
ない。

【００２１】入力された負荷電流の値が上記下限値より
大きいか等しい場合には、累積負荷演算部５で、均等に
分割された複数の電流値範囲毎の曲げ回数分布、すなわ
ち負荷頻度分布を作成する。電流は電流値のままでも、
予め求めた関係式に基づいて動索ワイヤロープに加わる
荷重値に変換してもよい。また、分布を作成する元にな
る電流、速度および位置データとしては一定周期でサン
プリングした生データを採用してもよく、いくつかの生
データの間引きを行った後のデータを採用してもよい。
さらに、電流データについては、いくつかの生データ中
の最大値などを用いてもよい。

【００２２】図３に負荷頻度分布の例を示す。図３
（ア）では機軸に負荷すなわち荷重に相当するワイヤロ
ープ駆動モータの負荷電流を、縦軸に動索ワイヤロープ
の繰り返し曲げ回数をとっている。また、図３（イ）で
は、曲げ回数に関して＋と−の符号で動索ワイヤロープ
の巻上げと巻下げを区別して表現しているが、これは巻
上げと巻下げでモータの負荷電流特性が異なる場合など
に利用することができる。

【００２３】負荷頻度分布に含まれる電流値および曲げ
回数のデータを用いて、さらに動索ワイヤロープの巻上
げあるいは巻下げなどの動作時において動索ワイヤロー
プに加わる累積負荷を求める。すなわち、各電流値範囲
毎の曲げ回数の線形結合結果の累積演算を行う。演算式
を式（２）に示す。

【数２】

【００２４】式（２）において、１は負荷電流値の均等
分割数、ｉは分割された個々の電流値範囲の位置を示す
番号変数、ｄ_i は負荷電流が電流値範囲ｉに存在してい
る状態で滑車により動索ワイヤロープが受けた曲げ回
数、ｃ_i は電流値範囲ｉ毎の係数、ｎは線形結合の累積
回数を表す変数、Ｌ_n は負荷に関するｎ回の累積線形結
合結果、すなわち動索ワイヤロープに加わった累積負荷
値である。累積演算処理は各動作毎に行ってもよく、１
回の動作の中で複数回行ってもよいが、少なくとも累積
負荷値の大きな変化を見逃さないタイミングでは演算を
行う必要がある。

【００２５】寿命判定部６では、累積負荷演算部５で求
めた累積負荷値と、予め設定した基準値とを比較するこ
とにより動索ワイヤロープの寿命を判定する。すなわ
ち、累積負荷値が基準値に達するかこれを上回った時点
をもって、対象となる動索ワイヤロープは寿命に至った
と判定する。動索ワイヤロープは種別や径により寿命が
異なるだけではなく、同一の種別や径であっても加わる
荷重や塗油などの使用条件が異なれば寿命も異なる。寿
命判定部６における判定は基準値を適宜変更することに
より種別、径、荷重、使用条件などの異なる動索ワイヤ
ロープにも適用できる。基準値については、動索ワイヤ
ロープに電流分割数と同数の異なる荷重を加えてそれぞ
れの荷重状態で曲げ疲労試験を行い、各荷重毎のワイヤ
ロープ駆動モータの負荷電流およびワイヤロープが破断
あるいはそれと同等の状態になるまでの発生頻度を調べ
ることにより事前に求める。また寿命に達しない時期に
おいて、統計的処理による寿命予測を行うこともでき
る。

【００２６】判定結果表示部７では、寿命判定部６で求
めた動索ワイヤロープの寿命判定結果を表示する。寿命
に達した場合にはアラーム等により寿命に達したことを
知らせることもできるし、寿命に達する前の段階では寿
命予測結果を表示することもできる。

【００２７】負荷頻度分布の横軸（負荷値）の分割数は
あまり多くても動索ワイヤロープの寿命判定の精度には
それほど影響がなく、かえって基準値作成の労力が増大
するので、対象となる動索ワイヤロープに加わる負荷の
パターン数に応じて、負荷電流信号の入力段階あるいは
入力後の負荷頻度分布作成段階までに、数分割から十数
分割程度になるようデータの結合を行うことが望まし
い。

【００２８】図４にワイヤロープ駆動モータの負荷電流
の時系列信号の例を示す。この図において、信号波形は
電流の実効値波形を表している。図４は製鉄所内のレー
ドルクレーン（定格荷重：４００トン）を対象とした測
定データであり、図中に見られるようなワイヤロープ駆
動モータの起動時および速度変更時に発生するサージ電
流部をフィルタ処理にて除去した後に、図中の破線で示
した閾値（条件判定部４における負荷電流の下限値に相
当）以上の負荷電流（図中の○印で示した安定電流）に
ついて負荷頻度分布を作成する。フィルタの方法として
は、波形の高周波成分を除去する方法およびまたは負荷
電流が閾値を上回った直後や大きな変動が生じた時には
その直前のデータを保持する方法などがある。

【００２９】図５に、本発明の装置と従来の装置との比
較を行う目的で、動索ワイヤロープが受ける繰り返し曲
げ回数とワイヤロープの移動距離を３５日間に渡って測
定した結果を示す。動滑車と静滑車間の距離すなわち動
滑車位置を考慮していない移動距離は、これを考慮して
いる繰り返し曲げ回数から日を追う毎にだんだん隔たっ
て来ている。このことから、本発明のように動滑車位置
を測定することにより、動索ワイヤロープの寿命判定の
精度が向上することが分かる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の装置を用いれば、動索ワイヤロープの寿命判定の精度
を従来に比べて向上させることができる。また、ワイヤ
ロープ駆動モータの負荷電流という、元々動索ワイヤロ
ープを駆動する装置本体から検出可能な信号を用いて動
索ワイヤロープの寿命判定が行えるので簡便である。さ
らに．適切な寿命判定を行うことにより、クレーンなど
の荷役機械用やエレベータ用などの動索ワイヤロープの
破断事故を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概要を示すブロック図であ
る。

【図２】動索ワイヤロープに加わる荷重とワイヤロープ
駆動モータの負荷電流との関係を示す図である。

【図３】本発明のうち負荷頻度分布の様子を示す図であ
り、（ア）は巻上げと巻下げを区別しない場合、（イ）
は巻上げと巻下げを区別した場合の図である。

【図４】本発明の装置に入力されるワイヤロープ駆動モ
ータの負荷電流の時系列信号の様子を示す図である。

【図５】本発明のうち負荷頻度分布の様子を示す図であ
る。

【図６】動索ワイヤロープの移動距離とワイヤロープが
受ける曲げ回数の変化の様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 電流信号入力部 ２ 位置信号入力部 ３ 曲げ回数算出部 ４ 条件判定部 ５ 累積負荷演算部 ６ 寿命判定部 ７ 判定結果表示部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動索ワイヤロープに加わる負荷の大きさ
   および負荷毎の発生頻度に基づいて動索ワイヤロープの
   寿命判定を行う方法において、ワイヤロープ駆動モータ
   の負荷電流を複数の電流値範囲に分割する形で検出し、
   負荷電流の検出と同時にワイヤロープ駆動装置の動滑車
   位置を検出して、前記動滑車位置と静滑車位置の差であ
   る滑車間距離から、動索ワイヤロープ全長のうちの特定
   位置における繰り返し曲げ回数を算出し、前記負荷電流
   の大きさが予め定めた条件を満足する場合に、前記電流
   値範囲毎の前記曲げ回数に関する線形結合を逐次累積演
   算し、累積された線形結合結果の値が予め設定した基準
   値を越えた場合に動索ワイヤロープの寿命と判定するこ
   とを特徴とする動索ワイヤロープの寿命判定方法。
2. 【請求項２】 動索ワイヤロープに加わる負荷の大きさ
   および負荷毎の発生頻度に基づいて動索ワイヤロープの
   寿命判定を行う装置において、ワイヤロープ駆動モータ
   の負荷電流を複数の電流値範囲に分割する形で検出する
   手段と、負荷電流の検出と同時にワイヤロープ駆動装置
   の動滑車位置を検出する手段と、前記動滑車位置と静滑
   車位置の差である滑車間距離から、動索ワイヤロープ全
   長のうちの特定位置における繰り返し曲げ回数を算出す
   る手段と、前記負荷電流の大きさが予め定めた条件を満
   足するかどうかを判定する手段と、前記電流値範囲毎の
   前記曲げ回数に関する線形結合を逐次累積演算する手段
   と、累積された線形結合結果の値が予め設定した基準値
   を越えた場合に動索ワイヤロープの寿命と判定する手段
   とを備えたことを特徴とする動索ワイヤロープの寿命判
   定装置。