JPS59207395A - クレ−ンのモ−メント検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はクレーンの吊荷重によるモーメントを検出す
る装置に関するものである。

第１図は従来のモーメント検出装置をイＪ゛するクレー
ンを示す図である。図において１は下部走行体、２は下
部走行体１に旋回可能に数例けられた上部旋回体、３は
フートピン４により上部旋回体２に俯仰可能に取イ」け
られたジブ、５は俯仰ロープ、６は俯仰ドラム、７はジ
ブ６の先端に配置されたｌ・ノグシーブ、８はトップシ
ーブ７のアクスル、９はガイドシーブ、１０はトップ／
−ブ７．ガイドシーブ９に掛けられた巻取ロープ、１１
は巻取ドラム、１２は巻取ロープ１０により吊られた７
ノク、１３はフック１２に吊下げられた荷、１４は三点
ローラ式の吊荷ｉ′Ｃ検出装置、２０はジブろの傾斜角
を検出する傾斜計である。

第２図は吊荷重検出装置１４の概略を示す図である。図
において１５〜１７はシーブ、１８はシーブ１６に作用
する力を検出するロードセルであり、巻取ロープ１０が
シーブ１５〜１７に掛けられている。

この吊荷重検出装置１４においては、クレーンの操作に
より吊荷重が作用すると、巻取ロープ１０に張力Ｔが発
生し、ソーブ１６を第２図紙面上方に押−にける力が作
用する。この力をロードセル１８によって検出し、その
検出値から張力Ｔを演算し、その張力にロープＩＩＩ数
を乗じて吊荷重を求める。−力、７ブ乙の傾斜角よりフ
ートピン４から吊荷重の作用線（’ｌｌ’ｒ　１１４：
ｉ線）　１での長さを求める。そして、吊３１ｆ重と上
記長さとを乗することにより、吊荷重によるモーメント
を求める。しかし、吊荷重検出装置１４の検７Ｊ３粘瓜
を向上させるために（は、シーブ１６の中心線譚巻取ロ
ープ１０とがなす角θをなるべく小さくする必要がある
が、反面角θが小さすぎると、巻取ロープ１０が急角度
で３回曲げられることになるから、巻取ロープ１０の損
傷か激しい。葦だ、巻取ロープ１ｏとシーブ１５〜１７
との間に摩擦力が作用するから、モー゛メント（張力Ｔ
）を正確にシリ３出することがてきない。さらに、吊荷
重検出装置１ΣＣ２１４はジブ６の背部に配置されてい
るので、外観を損うとともに、建設現場での作業等を考
えると、落−Ｆ物による損傷の可能性がある。址だ、フ
ートピン４から吊荷重の作用線せでの長さを求めるため
にば、傾斜計２０を設ける必要がある。さらに、吊荷重
によるモーメントを直接検出しているのではなく、吊荷
重とフートピン４から吊４ｆｆ市の作用線までの長さと
を乗することによりモーメントを求めているので、複雑
な演算をしなければならないから、検出精度が低い。寸
だ、クレーン作業中には、旋回作動時の遠心力、風によ
る力痔によって、吊荷重の作用線の方向が必すしも鉛直
となるとは限らない。このため、たとえば第６図に示す
ように、荷１３が外側に振られたときには、ノー］・ピ
ン４から吊荷重による力の作用線才での長さＬｌは、フ
ートピン４から鉛直線へｒ−４での長さＬ２より　、も
長くなり、吊荷重によるモーメントが大きくなる。この
ため、吊荷重にフートピン４から鉛直線ｖ−１での長さ
を乗じたのでは、吊荷重の作用線か鉛直でない場合に、
モーメントを正確に求めることは不可能である。

第４図は従来の他のモーメン］・検出装置をイＪするク
レーンを示す図である。このモーメント検出装置におい
ては、俯仰ロープ５の張力を検出する１−、）　−１，
セル１９を設け、俯仰ロープ５の張力にフートピン４か
ら俯仰ロープ５の張力の作用ｉｔでの長さを乗じて、吊
荷重等によるモーメントを求めている。しかし、俯仰ロ
ープ５は懸垂線という曲線をなしているので、その曲線
のロードセル１９部での接線２１を求めなければ、フー
トピン４がら俯仰ロープ５の張力の作用線せでの長さを
正確に求めることができないが、これを実測ないしは演
算することは困難であるから、実際には俯仰ロープ５が
二点鎖線で示すように直線をなしているものと１−で上
記長さを求めている。このため、モーメントの検出精度
が低い。

この発明は−Ｌ述の問題点を解決するためになさ；７１
．　／こもので、吊荷重によるモーメントを正確に検出
することができ、巻取ロープが損傷することがなく、ク
レーンの外観を損うことがなく、傾斜計を設ける必′及
がなく、簡単な演算でモーメントを求めることができ、
かつ吊荷重の作用線が鉛直でない場合にもモーメントを
正確に検出できるクレー−）／のモーメント検出装置を
提供することを目的とする。

この目的を達成するだめ、この発明においては］・ノブ
７−ブのアクスルをノブに回転不能に取利け、そのアク
スルに作用する力を上記ノブに固定さ五た２軸力向に分
解して検出する力検出手段およびその検出′値から吊荷
重によるモーメントを演算する演算手段を設ける。

第５図はこの発明に係るモーメント検出装置を有するク
レーンの一部を示す図、第６図は第５図のＡ、　−Ａ断
面図、第７図は第６図の１３７１３断ケ１１図□である
。図において２１ａはアクスル８の端部に固定された突
出片、２１１）は突出片２１ａをジブろに固定するノッ
クピンで、突出片２１ａ、ノックピン２１１〕により、
アクスル８はジブ６に対して回転不能となっている。２
２．２３はアクスル８のシブろに支えられた部分とトッ
プシーブ７が取イ」けられた部分との間に設けられた溝
、２４ａＸ、２４ａ９，２５ａｘ。

２５２ｙは溝２６の底部に貼られたアクティブ歪ケープ
、２４ｄｘ、　２’ｌｄ、　、　２５ｄＸ、　２５ｄｙ
は溝２３の側部に貼られた温度補償のだめのダミー歪ケ
ージで、歪ゲージ２４８ｘ、２４ｄｘ、２５ａＸ、２５
ｄＸはアクスル８の軸心とノー（・ビン４の軸心とを結
ぶ軸すなわちＸ軸上に設けられており、歪ゲージ２４２
．、、２４ｄ、　２’５．。

２５　　はｘ　１１１ｂと直角な軸すなわちＸ軸上に設
けられ（」ｙ ている。そして、アクティブ歪ゲージ２４ａｘ、　２４
ａ、。

２５２５　　はアクスル８の第７図の紙面に直角な２Ｘ
’　　　　ａｙ 方向の歪を検出する向きに貼付けである。なお、ｉ７１
′）２２も同様に歪ゲージが貼伺けである。２６はアク
スル８の中心部に設けられたブい２７．２８は満２２゜
２ろに開［−１し、穴２６と連通しだ穴、２９は歪ゲー
ジのコードで、コード２９は穴２６〜２８を通ってアク
スル８の外部に引出されている。そして、歪ケー７２４
　、、ｘ〜２５ｄｘ、歪ゲージ２４ａ、〜２５（Ｊｙは
それぞれ第８図ＶＣ示すように結線されている。なお、
溝２２に貼（＝Ｊけられ／こ歪ゲージも同様に結線され
ている。

このモーメント検出装置の力検出手段においては、第９
図に示すように、アクスル８にＸ軸方向の力Ｆｘｏが作
用したときには、歪ゲーー７２４ａｘが伸び、歪ケージ
２５ａｘが縮み、また歪ケージ２４ｄｘ。

２５〜は変形しない。このとき、歪ケージのひずみ感度
（一定）をに、アクスル８のたて弾性係数をＥ、＠２２
部の断面二次モーメントを１．溝２２部の［「Ｊ°径を
ｄ１アクスル８に対するジブろからの反力１’ｊ、　、
　Ｉ（、の作用点間の長さを１１１反力馬の作用点′と
力Ｆｘｏの作用点との間の長さをｔ２２反力Ｒ１゜１ｔ
２の作用点と溝２３．２３の中心との長さをｔ３とする
と、歪ケー゛ン２４ａＸ〜２５ｄ、で構成されたブリッ
ジの出力ｅ。ｘｌｉは次式で表わされる。

まだ、溝２２のｘ　１ｌＩｉＩ＋方向に関するブリッジ
の出力Ｃ０Ｘ２は次式で表わされる。

そして、出力Ｃ３Ｘ１と出力ｅ。ｘ２との和ｅ。Ｘは次
式１％式％ このように、力Ｆｘｏの作用点の位置にかかわらず、和
Ｃ６Ｘは力Ｆア。に応じた値になる。一方、ｙ軸方−向
の十ヶ＝７２４８ｙ、２５ａｙｌ″ｉ変形し力いので、
歪ゲー”／　／、’　４　；＋　ｙ〜２５ｄ、で構成さ
れるブリッジの出力は生し肴い。寸／こ、溝２２のｙ　
１ｌｑｉ方向に関するブリッジの出力も生じ々い。した
がって、ｙ軸方向に関ずイ）２つのフリンジの出力の和
Ｃ６，７は零である。そして、アクスル８にＸ軸力向の
力Ｆ、。が作用したときにに丁、和Ｃが力Ｆ、ｏに応じ
たイ］〆１になり、和（）ｙ ”　（ｌ　Ｘに１、零である。婆らに、Ｘ１１ｑ１１力
向１　ｙ軸方向の中間の方向に力１・゛が作用したとき
には、和ｅ。Ｘ。

＜２ｏ、ｔｒ’Ｉそれぞれ力Ｆのｘ　１ｌｑＩ＋方向成
分ＦＸ、ｙ軸方向成分■パ、に応じた値になる。したが
って、和ｅ。Ｘ。

Ｃｏ　ｙかｔつ力ｌ・゛の成分１・”ｘ’　Ｆ、−（、
＝別々に求めることができる。

第１［］図ｆｒ：ｊ：アクスル８に作用する力の説明図
である。図に示すように、巻取ロープ１０の張力をＴ。

ノック１２（則の／−）′のローブＪ封数をＮとすると
、ノック１２をも含めた吊荷重〜■は次式で表わされる
。

＼へｉ　　　ＴＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（４）一方、］・ノブ７
−ブ７に作用する張力Ｔとしては、カイト７−ブ９を経
て巻取トラム１１の方向に引張られる巻取ロープ１０，
１の張力Ｔと、トップ７−ブ７とフック１２側のシーブ
とに掛けられた巻取ロープ１０１）の張力Ｔとがあり、
巻取ロー７゛１０２１の張力ＴはＸ軸方向と一定の角（
巻付き角）αをなしており、才だ巻取ロープ１０ｂの本
数を１］］とすると、全巻取ローブ１０ｂの張力Ｔによ
りトップシーブ７に作用する力はｒ＋Ｉ　Ｔとなる。な
お、ロープ掛数Ｎが筒数のときには１】］二Ｎであり、
ロープ掛数Ｎが偶数のときにはｍ　＝　Ｎ　−１である
。そして、力ｒｎＴの作用ｆａ、はアクスル８の中心を
通る鉛直線■とトップシーブ７、フック１２側のシーブ
の紙面右側の共通接線との中間に位置し、巻取ロープ１
０ａ、１０ｂの張力Ｔに」：リアクスル８（トップシー
ブ７）に作用する力Ｆの作用線は、平衡状態では図示の
ようにアクスル８の中心を通る。また、ＸＩＩ［ｌｌＩ
と力１η’Ｒの作用線とがなす角を一βとすると、力Ｆ
のｘ　］ｌｉ＋ｌ＋　。

ｙ軸方向成分Ｆｘ、Ｆｙはそれぞれ次式のようになる。

Ｆ　　＝　Ｔ　ｃｏｓ　α十ｍ’Ｉ”　ｃｏｓβ　　　
　　　　　　　　　　　　（５）Ｆ　　＝−Ｔｓｉｎα
十ｍ’［”ｓｉｎβ　　　　　　　　　　（６）ｆ５）
、　（６＋式から張力Ｔを求めると次式のようになる。

さらに、（７）式を（４）式に代入すると、次式のよう
になる。

また、フートピン４の中心とアクスル８の中心とを結ぶ
線の長さを１」とすると、吊荷重Ｗによるフートピン４
　ｌ：ＩｌりのモーメントＭは次式で表わされるＯ Ｍ　、＝　ＷＬｓｉｎβ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（９）そして、（６）、　（８）、　（９）
式から、モーメントへ４は次式のようになる。

ここで、ロープ掛数Ｎ、長さり２本数ｍ２巻付き角αは
既知の量であり、また成分Ｆｘ、　Ｆ、、は−Ｌ述した
ように歪ケージ２４ａＸ〜２５ｄ７等から求めることが
できるから、（１０）式によりモーメントＭを求める′
ことがｈ」能である。そして、（１０）式においては、
Ｘ軸と力ｍＴの作用線とがなす角βが関係し−でいない
から、吊荷重Ｗの作用線が鉛直でない場合でも、モーメ
ントへ４を正確に検出することができる。

第１１図はこの発明に係る他のクレーンのモーメント検
出装置の力検出手段を示す図、第１２図は第　１１図の
Ｃ−Ｃ断面図である。図において６０〜１ ６１ｙ２は溝２３の底部に貼られた歪ゲージで、歪ゲー
ジ６０ｘ１〜３１ｙ２はアクスル８の第１２図の紙面に
直角な方向の歪を検出する向きに貼付けである。そして
、歪ゲージ３０ｘ１〜３１Ｘ２はＸ軸上に設けられてお
　、す、歪ゲージ３０，１〜３１，２はＸ軸上に設けら
れていて、歪ゲージ５０ｘ１．３１ｘ１．３０．、３１
．と歪ゲージ３０Ｘ２．３１ｘ２．３０，２．３１．と
は長さｔ４だけ離れて設けられており、また歪ゲージ６
０　〜６１　　　歪ゲーＸｉ　　　　　　Ｘ２＋ ジ３０，１〜３１，２はそれぞれ第１６図に示すように
結線されている。なお、ｉ’７＋ｇ　２２にも同様に歪
ゲージが結句けてあり、丑だ同様に結線されている。

この力検出手段においては、歪ゲージ３０ｘ１〜６１．
２でｌ’ｆ＋’ｆ成されるブリッジの出ノＪｃｏＸ１は
次式で表わされる。

オだ、溝２２のＸ軸方向に関するブリッジの出力ＣＯＸ
　２は次式で表わされる。

そして、出力Ｃ６ｘ１と出力ｅ。ｘ２との和ｅ。Ｘは次
式の」二うになる。

このように、和ｅ。Ｘは力ＦのＸ軸方向の成分Ｆｘに応
じた値になる。寸だ、ｙ軸方向に関する２つのブリッジ
の出力の和ｅ。、も力Ｆのｙ軸方向の成分Ｆに応じたイ
１／ｊになる。したがって、和ｅ。ｘ＋　ｅｏｙから力
Ｆの成分ｐヶ、Ｆ、を別々に求めることができる。そし
て、（Ｉ３）式においては、長さ１４は常に一定であり
、また（３）式のように長さｔ３に関係しないから、反
力１．ｔ、　、　Ｉｔ、、の位置が変化して、長さｔ、
が変化したとしても、力ＦのＸ軸方向の成分Ｆｘ　（ｙ
　ｉｌｌ＋方向の成分］パ、）を正確に検出することが
ｉ３１能である。

第１４図はこの発明に係る他のクレーンの七−メント検
出装置の力検出手段を示す図、第１５図は第１４図の］
）　−１）断面図である。図において６２ｘ１〜６３．
２は溝２３の底部に貼られた歪ゲージで、歪ゲージ６２
ｘ１〜６５，２はアクセス８の軸心方向に対して４５度
の向きに貼付けである。そして、歪ケージ３２Ｘ１〜３
３ｘ２ばｙ軸−にに設けられており、歪ゲージ６２，１
〜３３，２はＸ軸上に設けられていて、歪ケージ３２ｘ
１〜”ｘ２　、歪ゲージ６２，１〜弼、２はそれぞれ第
１６図に示すように結線されている。なお、溝２２にも
同様に歪ケージが貼（ｑけてあり、また同様に結線され
ている。

この力検出手段においては、アクスル８に力ＦのＸ　ｉ
ｌη１１方向の成分Ｆｘが作用すると、歪ゲージ６２ｘ
１〜６３ｘ２が貼られた方向に主歪が生じ、その主歪の
値はその部分の主剪断歪すなわち曲げによる剪断歪の２
分の１であるから、アクスル８の横弾性係数をＧとする
と、歪ケージ３２ｘ１〜晃ｘ２で構成されるブリノ／の
出力ｅ。ｘｌは次式で表わされる。

′１′だ・溝２２のＸ　１ｌｌｌ＋方向に関するブリッ
ジの出力ｅｏｘ２は次式で表わされる。

そして、出力ｅ。ｘｌと出力ｅ。ｘ２　との和ｅ。Ｘは
次式０式％ このように、和Ｃ６Ｘは力ＦのＸ軸方向の成分Ｆｘに応
じた値となる。捷だ、ｙ軸方向に関する２つのブリノア
の出力の和ｅ。、も力Ｆのｙ軸方向の成分Ｆ　に応じた
値となる。しだがって、和ｅ。ｘ　＋　ｅｏ　ｙから力
Ｆの成分１７’Ｘ、Ｉパ、を別々に求めることかできる
。そして、（１６）式かられかるように、和Ｃ６Ｘは長
さｔ３に関係しないので、反力１も１．Ｒ２の位置が変
化したとしても、力Ｆの成分Ｆｘ（成分Ｆ、）を正確に
検出することができるとともに、第１１〜１６図に示し
た力検出手段においては、長さ１４を精度よく決める必
要があるのに対して、この場合にはそれが不要である。

なお、上述実施例においては、力検出手段として歪ゲー
ジを用いたが、磁歪素子、圧電素子等を用いてもよい。

才だ、上述実施例においては、ジブろに固定された２軸
方向を、アクスル８の軸心とフートピン４の軸心とを結
ぶＸ軸の方向と、Ｘ１１＃ｌ＋に直角なｙ軸の方向とし
たが、」−記２軸方向は任意に定めることができ、かつ
２軸はかならずしも直角とする必要はない。さらに、上
述実施例においては、トップ／−ブ７から巻取ドラム１
１に至　　　　′る巻取ロープ１０のトップシーブ７へ
の巻付き角αを一定にする手段としてガイドシーブ９を
用いたが、ガイド板等を用いてもよい。また、ジブろの
俯仰によって巻イ・１き角αがあまり変化しないときに
に」１、ガイドシーブ９を用いなくともよいが、カイト
シーブ９を設ければ、より正確にモーメント（張力′■
゛）を検出することが可能である。さちに、（８）式か
ら吊荷重Ｗを求めてもよく、この場合−は１つの力検出
手段でモーメツ）Ｍと吊荷重Ｗの両方を検出することが
できる。

以−１−説明したように、この発明に係るモーメント検
出装置ｉ″ｉにおいては、トップ／−ブのアクスルに作
用する力を検出し、その検出値から吊荷重によるモーメ
ントを演算するから、モーメントを正確にかつ節ｉ１ｉ
な演算で検出することができる。また、巻取ローダを急
角度で曲げる必要がないから、巻取ローノがＪＬ４傷す
ることがない。さらに、力検出り段をトノノ゛ンーブ部
の内部に、没けるから、クレーンの外観を損うことがな
いとともに、落下物により力検出手段が損傷するおそれ
がない。また、トップシ−ブのアクスルに作用する力を
ジブに固定され／こ２１Ｉｌｌｌ力向に分解して検出す
るから、傾斜計を設ける必要がない。さらに、吊荷重の
作用線が鉛直でない場合でも、モーメントを正確に検出
することができるから、転倒を有効に防止することがで
き、クレーン作業を安全に行なうことが可能である。こ
のように、この発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモーメント検出装置を有するクレーンを
示す図、第２図は三点ローラ式の吊荷重検出読ｉｉコ（
の概略を示す図、第３図は第１図に示した七−メンｌ−
検出装置の説明図、第４図は従来の他のモーメント検出
装置を有するクレーンを示す図、第５図はこの発明に係
るモーメント検出装置を有するクレーンの一部を示す図
、第６図は第５図のＡ−Ａ断面図、第７図は第６図のＢ
−Ｂ断面図、第８図は第７図に示しだ歪ケージの結線図
、第９図は第８図（第１３図、第１６図）に示しだブリ
ッジの出力の説明図、第１０図はアクスルに作用する力
の説明図、第１１図はこの発明に係る他のクレーンのモ
ーメント検出装置の力検出手段を示す図、第１２図は第
１１図のＣ−Ｃ断面図、第１３図は第１１図。 第１２図に示した歪ゲージの結線図、第１４図はこの発
明に係る他のクレーンのモーメント検出装置の力検出手
段を示す図、第１５図（は第１４図のＤ　−Ｄ断面図、
第１６図は第１４図、第１５図に示した歪ゲー／の糸占
ｉ脳３図である。 ろ　ジブ　　　　　　　　７　・ｌ・ノグノーブ８　ブ
クスル　　　　　９　カイト／−ブ１０　　巻取ロープ
　　　　２１ａ・突出片２１１）・ノックビン　　　２
２．２３−　ｍ２４　、、〜２５ｄ、−歪ゲー／ ３０　〜ろ１．７２　　歪ケ−７ １ ３２ｘ１〜”　、’２°十ゲー／ 代理人弁理士　中　伺　純之助 牙・２図 第３図 予４胃 ｑ １′Ｐ５図 ７゛墾６　図 ＝５６１ ′？−８図 奢／′９図 １−１０図 ４Ｐ１１図 Ｃ 才・１２図 矛１３図 牙′１４図 二〇 」。 ヤ１５図 （・グ 卆１６医

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｉ　Ｉ　　ＩＩｒ、Ｉ仰１１］能なノブと、そのジブ
   の先端に配置されたＩ・ノフ／−ブとを有するクレーン
   の吊荷重によるモーメントを検出する装置において、上
   記トップ／−ブのアクスルを」二記ジブに回転不能に取
   イ・１け、そのアクスルに作用する力を」−記ジブに固
   定された２輔方向に分解して検出する力検出手段および
   その検出値から上記モーメントを演ｇＳする演ρ′１１
   手段を１１νけたことを特徴とするクレーンの七−メン
   ト検出装置。 （２）　　上記トップシーブから巻取ドラムに至る巻取
   「Ｊ−ノ゛の」−９記トノプンーブへの巻付き角を一定
   にする１１段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１瑣記載のクレーンのモーメント検出装置。