KR101321193B1 - 와이어 로프 수명 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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아끼라 후지이
유끼오 아라이
아끼라 오까다
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
도쿄 세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

와이어 로프가 드럼으로부터 조출되고, 또한 상기 드럼에 권취됨으로써, 상기 와이어 로프 및 상기 와이어 로프가 걸린 시브를 통해 중량물이 매달아 올려지고, 또한 내려진다. 시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는 중량물의 하중 데이터에 기초하여, 상기 중량물의 실하중 및 상기 실하중을 미리 결정된 양 이상 초과하는 쇼크 하중의 유무가 검지된다(스텝 33). 쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수가 승산하여 얻어진 값이 추정 수명으로부터 감산되고(스텝 34), 새로운 와이어 로프의 추정 수명(잔여 사용 가능 횟수)이 표시된다(스텝 35).

Description

와이어 로프 수명 관리 장치 및 방법 {WIRE ROPE LIFE MANAGEMENT DEVICE AND METHOD}
본 발명은 와이어 로프 수명 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
와이어 로프는 사용에 의해 열화된다. 특히, 비교적 중량이 큰 중량물의 운반(이동)에 사용되는 크레인(천장 크레인, 지브 크레인, 다리형 크레인, 언로더, 케이블 크레인, 텔퍼, 스태커식 크레인 등, 이동식 크레인 및 데릭을 포함)용 와이어 로프의 경우, 와이어 로프의 열화는 신중하게 끝까지 확인해야만 한다.
종래의 크레인용 와이어 로프의 수명은 와이어 로프의 굽힘 횟수(시브 통과 횟수)에 기초하는 와이어 로프의 피로도를 사용하여 예측된다. 이는, 크레인의 경우, 대부분의 것에서 시브(도르래)가 사용되고 있고, 시브를 통과하는 위치에 있어서 와이어 로프의 열화가 크기 때문이다. 일본 특허 제2748836호 공보에는 시브 위치에 있어서 와이어 로프의 열화가 큰 것을 고려하여, 와이어 로프를 복수의 단위 부위로 구분하여 각 단위 부위마다 수명(누적 피로도)을 산출하는 수명 예측 장치가 기재되어 있다.
크레인을 사용한 작업이 행해지는 실제의 현장에서는, 와이어 로프의 굽힘 횟수(시브 통과 횟수) 이외에도, 와이어 로프의 열화에 강하게 관계되는 요인이 존재한다. 그것은, 크레인을 사용하여 중량물을 매달아 올렸을 때에 일시적으로 발생하는 하중(이하, 쇼크 하중이라고 함)이다. 쇼크 하중의 크기는 크레인 운전사의 기량에 의존한다. 종래의 와이어 로프의 수명 예측에서는, 크레인 자체의 구조(시브 개수, 시브 직경 등을 포함함)를 사용한 예측에 그치고, 쇼크 하중에 의한 와이어 로프의 수명으로의 영향은 고려되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 쇼크 하중에 의해 와이어 로프가 받을 손상도 고려하여, 고정밀도로 와이어 로프의 수명을 산출하는 것이다.
본 발명에 의한 와이어 로프 수명 관리 장치는 와이어 로프를 드럼으로부터 조출하고, 또한 상기 드럼에 권취함으로써, 상기 와이어 로프 및 상기 와이어 로프가 걸린 시브를 통해 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 크레인에 사용되는 상기 와이어 로프의 추정 수명(잔여 사용 가능 횟수)을, 미리 결정된 수명 추정식에 따라서 산출하는 수명 산출 수단, 상기 시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는, 상기 중량물이 매달아 올려지고, 그 후 내려질 때까지의 동안의 상기 중량물의 하중 데이터의 입력을 접수하는 하중 데이터 입력 수단, 상기 하중 데이터 입력 수단으로부터 입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 중량물의 실하중을 산출하는 실하중 산출 수단, 상기 하중 데이터 입력 수단으로부터 입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 실하중을 미리 결정된 양 이상 초과하는 쇼크 하중의 유무를 검지하는 쇼크 하중 검지 수단 및 상기 쇼크 하중 검지 수단에 의해 쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어지는 값을 상기 추정 수명으로부터 감산함으로써, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출하는 수명 갱신 수단을 구비하는 것이다.
본 발명에 의한 와이어 로프 수명 관리 방법은 와이어 로프를 드럼으로부터 조출하고, 또한 상기 드럼에 권취함으로써, 상기 와이어 로프 및 상기 와이어 로프가 걸린 시브를 통해 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 크레인에 사용되는 상기 와이어 로프의 추정 수명을, 미리 결정된 수명 추정식에 따라서 산출하고, 상기 시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는, 상기 중량물이 매달아 올려지고, 그 후 내려질 때까지의 동안의 상기 중량물의 하중 데이터의 입력을 접수하고, 입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 중량물의 실하중을 산출하고, 입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 실하중을 미리 결정된 양 이상 초과하는 쇼크 하중의 유무를 검지하고, 쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어진 값을 상기 추정 수명으로부터 감산함으로써, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출하는 것이다.
와이어 로프의 추정 수명은 미리 결정된 수명 추정식에 따라서 산출된다. 본 발명은 산출되는 추정 수명을 갖는 와이어 로프가 실제로 크레인에 사용되었을 때에, 그 후(크레인을 사용하여 중량물이 운반된 후)에 얼마만큼 수명이 짧아지는지(그 결과로서, 와이어 로프의 새로운 추정 수명이 산출됨)를 파악하는 것이다.
미리 결정된 수명 추정식으로서는, 종래에 제창되어 있는 다양한 수명 추정식 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수명 추정식으로서 니먼(Niemann)식을 사용하여, 와이어 로프의 수명은 추정된다. 물론, 다른 수명 추정식(Zhitkov & Posoekhov의 식, E.L.Klein의 식, V.Zignoli의 식 등)을 사용해도 좋다. 상술한 다양한 수명 추정식에 대해서는, "와이어 로프 핸드북"(와이어 로프 핸드북 편집 위원회, 닛칸 공업 신문사, 1995년 3월 30일 발행, pp.352 내지 353), "와이어 로프의 모든 것(하)-안전으로의 길-"(카이즈카 상공 회의소 제강 활성화 연구회, 카이즈카 상공 회의소, 1995년 7월 25일 발행, pp.153 내지 158)에 기재되어 있다.
시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는, 상기 중량물이 매달아 올려지고, 그 후 내려질 때까지의 동안의 상기 중량물의 하중 데이터의 입력이 접수된다. 하중 데이터는 중량물이 크레인에 의해 매달아 올려져 운반(이동)되고, 내려질 때까지의 동안의 연속적인 하중값(로드 셀에 의한 하중 검출값)을 포함한다. 하중 데이터에 의해 경과 시간에 따르는 연속적인 그래프를 그릴 수 있다.
로드 셀로부터의 하중 데이터에 기초하여, 매달아 올려진 중량물의 실하중이 얻어진다. 예를 들어, 중량물을 매달아 올린 후 미리 결정된 시간을 경과한 시점의 하중을 실하중으로 해도 좋고, 중량물을 매달아 올린 후 제1 미리 결정된 시간을 경과한 시점으로부터 스타트하여, 그 후 제2 미리 결정된 시간이 경과하는 시점까지의 하중을 평균한 값을, 실하중으로 해도 좋다.
중량물을 매달아 올린 직후, 로드 셀에는 실하중을 초과하는 하중이 가해진다. 중량물을 매달아 올린 직후에 가해지는 하중은 크레인 운전사의 크레인 조작에 크게 의존한다. 크레인 운전사가 중량물을 빠르게 들어올리면, 천천히 들어올린 경우에 비해 큰 하중이 가해진다.
실하중을 미리 결정된 양 이상 초과하는 하중의 존재의 유무가, 하중 데이터에 기초하여 검지된다. 예를 들어, 실하중의 110％를 초과하는 하중이 하중 데이터 중에 나타난 경우에, 쇼크 하중이 존재한다고 판단된다.
쇼크 하중의 존재가 검지된 경우, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어진 값을 상기 추정 수명으로부터 감산함으로써, 새로운 와이어 로프의 추정 수명이 산출된다. 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값으로서는, 예를 들어 상기 크레인의 최대 매달아 올리기 하중에 기초하는 값을 상기 니먼식에 적용함으로써 얻어지는 와이어 로프의 추정 수명을, 검출된 실하중에 기초하는 값을 상기 니먼식에 적용함으로써 얻어지는 와이어 로프의 추정 수명으로 제산함으로써 얻어지는 값이 사용된다.
본 발명에 따르면, 하중 데이터 중에 쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중이 존재하지 않는 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어진 값이 상기 추정 수명으로부터 감산된다. 따라서, 쇼크 하중이 존재하는 경우, 쇼크 하중이 존재하지 않는 경우와 비교하여 짧은 수명이 산출되게 된다. 쇼크 하중의 발생에 따라서 발생하는 와이어 로프의 손상을 고려한, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출할 수 있다.
와이어 로프 수명 관리 장치는 산출되는 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 표시하는 표시 장치를 구비한 것이라도 좋다. 사용 중의 와이어 로프의 교환 시기를 시각적으로 파악할 수 있다. 또한, 와이어 로프의 추정 수명을 리얼타임으로 산출하고 표시하여, 운전자 또는 현장 감독자에게 알릴 수 있다. 돌발적인 로프 끊김 사고를 미연에 방지할 수 있다.
바람직하게는, 와이어 로프 수명 관리 장치는 상기 쇼크 하중에 대해, 상기 실하중을 초과하는 초과량을 산출하는 쇼크 하중 초과량 산출 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 수명 갱신 수단은 상기 보정계수로서, 상기 쇼크 하중 초과량 산출 수단에 의해 산출된 초과량이 클수록 큰 값을 사용한다. 쇼크 하중의 유무뿐만 아니라, 쇼크 하중이 존재하는 경우에는 그 크기에도 기초하여, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출할 수 있다.
도 1은 크레인의 개략적 구조를 도시하는 블록도이다.
도 2는 로드 셀로부터 출력되는 하중 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 3은 로프 수명 관리 장치의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 4는 로프 수명 관리 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 설정 화면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 운전 화면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 설정 데이터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 설정 데이터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 로프 수명 관리 장치의 처리의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 1은 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 크레인의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 도 1에 있어서 크레인의 주행(이동) 기구(런웨이)의 도시는 생략되어 있다.
크레인은 와이어 로프(2)가 권회되어 있는 권상 드럼(1)을 구비한다. 와이어 로프(2)의 양단부는 권상 드럼(1)의 양단부 근방에 고정된다. 권상 드럼(1)이 정회전하면, 권상 드럼(1)으로부터 와이어 로프(2)가 조출된다. 권상 드럼(1)이 역회전하면, 와이어 로프(2)가 권상 드럼(1)에 권취된다. 권상 드럼(1)의 축이 권상/권하 전동기(2A)에 연결된다. 권상 드럼(1)은 권상/권하 전동기(2A)에 의한 축의 회전 구동에 의해 정회전 및 역회전한다. 크레인 운전사에 의해, 권상/권하 전동기(2A)의 구동(회전 방향의 제어, 회전의 개시 및 정지의 제어, 회전 스피드의 제어 등)은 행해진다.
권상 드럼(1)의 하방에, 와이어 로프(2)가 권회된 복수의 시브가 설치된다. 도 1에 도시하는 크레인에서는 와이어 로프(2)의 반환 위치에 이퀄라이저ㆍ시브(3)가 배치된다. 이퀄라이저ㆍ시브(3)를 사이에 두고 좌우 대칭으로, 고정 시브(4) 및 2개의 가동 시브(훅ㆍ시브; 5, 6)가 각각 배치된다. 가동 시브(5, 6)에 중량물을 거는 훅(7)이 연결되어 있다.
권상 드럼(1)이 정회전하면, 와이어 로프(2)가 권상 드럼(1)으로부터 조출되므로, 와이어 로프(2)가 권회되어 있는 가동 시브(5, 6)가 하방으로 이동한다. 권상 드럼(1)이 역회전하면, 와이어 로프(2)가 권상 드럼(1)에 권취되므로, 가동 시브(5, 6)가 상방으로 이동한다. 가동 시브(5, 6)의 상승 또는 하강에 수반하여, 훅(7)에 걸린 중량물이 매달아 올려지거나 또는 내려진다.
이퀄라이저ㆍ시브(3)에는 이퀄라이저ㆍ시브(3)에 가해지는 하중을 검출하기 위한 로드 셀(8)이 설치되어 있다. 로드 셀(8)은 데스크형, 압축형, 인장형, 앰프형, 베어링형, 핀형 등의 어느 것이라도 좋다. 하중에 대응하는 전압이 로드 셀(8)로부터 출력된다. 로드 셀(8)로부터 출력된 전압은 로프 수명 관리 장치(10)에 부여된다.
도 2는 중량물이 매달아 올려지고 그 후 내려질 때까지의 사이에, 로드 셀(8)로부터 출력되어 로프 수명 관리 장치(10)에 부여되는 데이터를, 횡축을 시간, 종축을 하중(하중에 대응하는 전압)으로 한 그래프에 의해 나타내고 있다. 그래프 중에 나타내는 용어에 대한 상세는 후술한다.
상술한 바와 같이, 훅(7)에 걸린 중량물은, 크레인에 의해 매달아 올려져 이동된 뒤 내려진다. 정지 상태에 있는 중량물을 매달아 올린 직후, 이퀄라이저ㆍ시브(3)에는 일반적으로 큰 하중이 가해진다. 매달아 올린 직후에 이퀄라이저ㆍ시브(3)에 가해지는 하중은 중량물 자체의 하중보다도 크다. 이하, 매달아 올린 직후에 이퀄라이저ㆍ시브(3)에 일시적으로 가해지는 큰 하중을 "쇼크 하중"이라고 부른다. 쇼크 하중의 크기는 크레인 운전사의 기량에 크게 의존한다.
중량물을 매달아 올릴 때, 와이어 로프(2)는 권상 드럼(1)으로부터 조출되어 있는 상태이다. 이로 인해, 와이어 로프(2)에는 쇼크 하중에 의해 강한 충격이 가해진다. 쇼크 하중이 크면, 쇼크 하중이 작은 경우에 비해 와이어 로프(2)의 손상 정도는 커진다. 큰 쇼크 하중이 계속해서 가해진 와이어 로프(2)는, 그렇지 않은 와이어 로프(2)에 비해 손상의 진행은 빠르다.
로프 수명 관리 장치(10)는 와이어 로프(2)의 사용 횟수뿐만 아니라, 쇼크 하중의 영향도 고려하여, 크레인에 사용되고 있는 와이어 로프(2)의 교환 시기를 예측하는(수명을 산출하는) 것이다.
도 3은 로프 수명 관리 장치(10)의 외관을 도시하는 사시도이다. 도 4는 로프 수명 관리 장치(10)의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
로프 수명 관리 장치(10)의 정면에는 그 상단에 문자 표시 가능한 표시 패널을 구비한 표시 장치(12)가, 하단에 숫자키 등을 포함하는 입력 패널을 구비한 입력 장치(13)가 각각 설치되어 있다. 표시 장치(12)의 표시 패널에 설정 화면(설정 데이터의 입력에 사용되는 화면) 및 운전 화면(크레인의 운전 상황 등을 표시하기 위한 화면)이 표시된다.
도 5는 표시 장치(12)의 표시 패널에 표시되는 설정 화면의 일례를, 도 6은 표시 장치(12)의 표시 패널에 표시되는 운전 화면의 일례를 각각 도시하고 있다. 입력 장치(13)의 입력 패널이 사용되어, 설정 화면과 운전 화면의 전환 등이 행해진다.
도 5를 참조하여, 표시 장치(12)의 표시 패널에 표시되는 설정 화면에는 입력(설정)해야 할 복수의 항목명이 표시된다. 표시되는 항목명에 대응하는 수치 또는 수치를 특정하기 위한 부호가 입력 장치(13)를 사용하여 입력된다. 도 6을 참조하여, 크레인의 운전 중 또는 운전 후, 표시 장치(12)의 표시 패널에 표시되는 운전 화면에, 운전 상황[매달아 올려진 중량물의 실하중, (후술하는) 와이어 로프의 사용 횟수(누적 사용 횟수), 남은 횟수(잔여 사용 가능 횟수)] 등이 표시된다.
도 3 및 도 4에서, 로프 수명 관리 장치(10)의 배면에, 상술한 로드 셀(8)로부터 부여되는 전압이 입력되는 입출력 포트(14, 도 3에 있어서는 보이지 않음)가 설치되어 있다. 로드 셀(8)과 로프 수명 관리 장치(10)의 입출력 포트(14)는 신호선(동축 케이블 등)에 의해 전기적으로 접속된다.
로프 수명 관리 장치(10)는 로프 수명 관리 장치(10)의 동작을 전체적으로 통괄하는 CPU(11)를 포함한다. 상술한 표시 장치(12), 입력 장치(13) 및 입출력 포트(14)가 CPU(11)에 접속되어 있다. CPU(11)에는 프로그램 및 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 RAM(15) 및 설정 데이터, 프로그램 등을 기억하는 ROM(16)이 더 접속되어 있다.
도 7 및 도 8은 설정 화면을 사용하여 입력되어, 로프 수명 관리 장치(10)의 ROM(16)에 기억되는 설정 데이터의 일례를 도시하고 있다.
설정 데이터에는 크레인 및 와이어 로프(2)에 관한 데이터와, 판정 조건(예를 들어, 권상/권하가 행해졌다고 판정하기 위한 조건)에 관한 데이터가 있다. 도 7에 도시하는 설정 데이터가 크레인 및 와이어 로프(2)에 관한 설정 데이터이다. 도 8에 도시하는 설정 데이터가 판정 조건에 관한 설정 데이터이다.
도 7에서, 크레인 및 와이어 로프(2)에 관한 설정 데이터는 다음의 데이터를 포함한다.
로프 직경(d) : 크레인에 사용되는 와이어 로프(2)의 직경이다.
시브 직경(D1) : 크레인에 사용되는 시브[상술한 이퀄라이저ㆍ시브(3), 고정 시브(4), 가동 시브(5, 6)]의 직경이다.
드럼 직경(D2) : 권상 드럼(1)의 직경이다.
단면적(A) : 와이어 로프(2)의 유효 단면적이다.
사용 하중(W) : 크레인에 사용되고 있는 와이어 로프(2)에 실질적으로 가해지는 하중의 최대값(정격값)이다. 도 1에 도시하는 크레인의 경우, 와이어 로프(2)는 이퀄라이저ㆍ시브(3), 고정 시브(4) 및 구동 시브(5, 6)에 권회됨으로써, 8개의 걸이를 갖는다[8개의 와이어 로프(2)에 하중이 분산되는 것으로 취급됨]. 크레인의 매달아 올리기 하중(정격 하중)이 40톤이라고 하면, 40/8＝5톤이 와이어 로프(2)에 대한 사용 하중(W)으로 된다.
로프 걸이 개수(X) : 상술한 바와 같이 크레인이 구비하는 시브 개수에 기초하여 얻어지는, 크레인에 사용되고 있는 와이어 로프(2)의 실질적 개수이다.
시브 통과(굽힘) 횟수(n1) : 중량물이 매달아 올려지고, 내려질 때까지의 사이(1사이클)에, 와이어 로프(2)의 일점(미리 결정된 부위)이 시브를 통과하는 횟수이다. 도 1에 도시하는 크레인의 경우에는, 이퀄라이저ㆍ시브(3)를 사이에 두고 3개의 시브[고정 시브(4) 및 2개의 가동 시브(5, 6)]가 배치되어 있다. 따라서, 중량물이 매달아 올려질 때에 3회, 내려질 때에 3회, 와이어 로프(2)는 시브를 통과한다(합계 6회). 도 1에 도시하는 크레인의 시브 통과(굽힘) 횟수는 6회로 된다.
드럼 통과(굽힘) 횟수(n2) : 중량물이 매달아 올려지고, 내려질 때까지의 사이(1사이클)에, 와이어 로프(2)의 일점(미리 결정된 부위)이 권상 드럼(1)을 통과하는 횟수이다. 도 1에 도시하는 크레인의 경우, 권상 드럼(1)은 1개이므로, 와이어 로프(2)는 1사이클 중에 드럼을 1회 통과한다. 도 1에 도시하는 크레인의 드럼 통과(굽힘) 횟수는 1회로 된다.
시브계수(a) : 크레인에 사용되는 시브의 홈의 형상(U홈, V홈, 언더컷트홈 등)에 따라서 결정되는 값(계수)이다. 시브계수(a)는, 후술하는 니먼식을 사용한 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(추정 수명) 및 와이어 로프(2)의 사용 횟수(수명 감산값)의 연산에 사용된다. 또한, 일반적으로 크레인에 사용되는 시브에는 U홈을 갖는 것이 사용되는 경우가 많다.
로프계수(b) : 니먼식을 사용한 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수 및 와이어 로프(2)의 사용 횟수의 연산에 사용되는 값(계수)이다. 로프계수(b)는 사용되는 와이어 로프(2)의 구조(예를 들어, "보통 꼬임(ordinary lay)" 이거나 "랭 꼬임(Lang's lay")에 따라서 규정된다.
구조 보정계수(k1, k2, k3) : 상술한 로프계수(b)와 마찬가지로, 와이어 로프(2)의 구조에 따라서 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수 및 사용 횟수를 보정하기 위해 사용되는 값(계수)이다. 구조 보정계수(k1)는 와이어 로프(2)를 구성하는 스트랜드의 개수에 따른 값(계수)이다. 구조 보정계수(k2)는 와이어 로프(2)의 심재(강심 또는 섬유심)에 따른 값(계수)이다. 구조 보정계수(k3)는 와이어 로프(2)의 구조{와이어 로프(2)를 구성하는 소선의 단면 형상[단면이 원인지 원이 아닌지(이형선인지), 와이어 로프(2)의 표면이 코트되어 있는 지 여부 등]}에 따른 값(계수)이다.
도 8을 참조하여, 판정 조건에 관한 설정 데이터는 다음의 데이터를 포함한다.
로딩 검출 하중 : 크레인에 의해 중량물의 매달아 올리기(권상)가 행해졌다고 판정하기 위한 하중이다. 로딩 검출 하중 이상의 하중이 검출된 경우에, 크레인에 의해 중량물이 매달아 올려졌다고 판정된다.
언로딩 검출 하중 : 크레인에 의해 중량물이 매달아 올려진 후, 그 중량물이 내려졌다(권하가 행해졌다)고 판정하기 위한 하중이다. 언로딩 검출 하중 이하의 하중이 검출된 경우에, 중량물이 내려졌다고 판단된다.
하중 취득 기간 : 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 로딩 검출 하중의 취득의 타이밍으로부터 시작되는 미리 결정된 기간이, 하중 취득 기간이다. 상술한 로딩 검출 하중 이상의 하중이 검출되고, 또한 언로딩 검출 하중 이하의 하중이 검출되고, 또한 로딩 검출 하중 이상 언로딩 검출 하중 이상의 하중이, 이 하중 취득 기간 이상 계속해서 검출된 경우에, 크레인에 의한 1회의 일, 즉 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 일련의 작업(1사이클)이 행해졌다고(로딩 및 언로딩 조건을 만족시킨다고), 판정된다.
하중 판독 타입 : 크레인에 의해 매달아 올려진 중량물의 하중(실하중)은, 평균 연산 기간 중의 하중을 사용하여 산출된다. 도 2에서, 평균 연산 기간은 로딩 검출 하중의 취득 타이밍으로부터 미리 결정된 기간(평균 지연 기간)이 경과한 타이밍으로부터 시작되고, 상기 하중 취득 기간 종료의 타이밍에서 종료되는 기간이다. 하중 판독 타입으로서는, "순시" 및 "평균" 중 어느 하나를 선택할 수 있다. "순시"가 선택되면, 평균 연산 기간 종료 시(하중 취득 기간 종료 시와 동일함)의 타이밍에서의 검출 하중이, 크레인이 매달아 올린 중량물의 하중(실하중)으로서 취급된다. "평균"이 선택되면, 평균 연산 기간 중의 검출 하중의 평균값이 크레인에 의해 매달아 올려진 중량물의 하중(실하중)으로서 취급된다.
평균 지연 기간 : 상술한 바와 같이, 로딩 검출 하중의 취득 타이밍으로부터 시작되는 기간이다(도 2 참조). 상술한 쇼크 하중(피크값)은 평균 지연 기간 중에 있다.
수명 도달 전 경고 조건 : 예측되는 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(추정되는 잔여 수명)가, 와이어 로프(2)가 신품일 때의 잔여 사용 가능 횟수(초기 수명)의 몇％에 도달했을 때에, 경고를 발하는지를 설정하는 것이다. 예를 들어, 수명 도달 전 경고 조건 20％는 와이어 로프(2)의 잔여 수명이 초기 수명의 80％에 도달했을 때에 경고를 발하는 것을 의미한다. 경고는 경고음 또는 표시 장치(12)상의 표시에 의해 청각적 또는 시각적으로 행해진다.
과하중 1 내지 3 : 검출된 중량물의 실하중이 크레인의 매달아 올리기 하중(정격 하중)을 상회했을 때에도, 경고를 행할 수 있다. 과하중 1 내지 3은 이 경고를 행할 때의 하중이다. 과하중에 관한 경고는 복수의 단계(레벨)로 행할 수 있다. 예를 들어, 크레인의 매달아 올리기 하중이 40톤인 경우, 검출된 중량물의 실하중이 45톤 이상인 경우에 경고가 행해진다. 검출된 중량물의 실하중이 45톤 이상 50톤 미만, 50톤 이상 55톤 미만, 55톤 이상인 경우의 각각에 있어서, 경고음(또는 음량), 표시 장치(12)의 표시를 다르게 함으로써, 어떤 레벨의 과하중이 가해졌는지(특정 레벨의 하중의 중량물이 크레인에 의해 매달아 올려졌는지)가 운전자 등에게 통지된다.
보정계수 : 와이어 로프(2)의 사용 횟수를 보정하기 위해 사용되고, 상술한 쇼크 하중의 크기(즉, 쇼크 하중이 중량물의 실하중의 몇％ 이상인지)에 따라서 규정되는 값(계수)이다. 이 실시예에서는, 실하중의 110％ 이상의 쇼크 하중이 검지된 경우에, 보정계수를 사용한 로프 사용 횟수의 보정 처리가 행해진다. 보정계수를 사용한 로프 사용 횟수의 보정 처리의 상세는 후술한다.
와이어 로프(2)를 크레인에 세트하여 크레인을 가동시키기 전에, ROM(16)에 기억된 크레인 및 와이어 로프(2)에 관한 설정 데이터(도 7)를 사용하여 로프 수명 관리 장치(10)에 의해 초기 상태에 있어서의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(추정 수명)가 산출된다.
이 실시예에서는, 종래에 알려져 있는 복수의 연산식 중, 니먼(G.Niemann)식을 사용한 와이어 로프의 잔여 사용 가능 횟수의 산출을 설명한다. 니먼식에 대한 상세는, 예를 들어, "와이어 로프 핸드북" 와이어 로프 핸드북 편집 위원회, 닛칸 공업 신문사, 1995년 3월 30일 발행, pp.352 내지 353), "와이어 로프의 모든 것(하)-안전으로의 길-"(카이즈카 상공 회의소 제강 활성화 연구회, 카이즈카 상공 회의소, 1995년 7월 25일 발행, pp.153 내지 158)에 기재되어 있다.
니먼식은 수학식 1에 나타내는 바와 같다. 니먼식에 기초하여, 와이어 로프(2)가 파단될 때까지의 시브 통과 횟수(로프 파단까지의 시브에 의한 와이어 로프의 굽힘 횟수, N1)가 산출된다.
Figure 112011076601703-pct00001
여기서, a는 시브계수, b는 로프계수, D는 시브 직경, d는 로프 직경, σt는 와이어 로프의 인장 응력이다. 인장 응력(σt)은 W/A(W는 사용 하중, A는 로프 단면적)에 의해 구해진다. 와이어 로프의 시브 통과 횟수(N1)의 산출에 사용되는 수치는 모두 ROM(16)에 미리 기억되어 있다(도 7 참조).
다음에, 와이어 로프가 10％ 단선될 때까지의 시브 통과 횟수(N2)가, 안전계수를 사용하여, 다음의 수학식 2에 기초하여 산출된다. "10％ 단선"이라 함은 안전성을 고려하여 사용되는 개념임을 알 수 있다. 단선은 와이어 로프가 완전히 단선되었을 때를 100％ 단선이라고 고려할 때, "10％ 단선"은 완전 단선의 1/10의 단선 상태를 상정하는 것이다.
Figure 112011076601703-pct00002
예를 들어 K1＝0.6이 안전계수(K1, 1 > K1)로서 사용된다. 즉, N2 < N1이 유지된다.
다음에, 로프 구성에 기초하는 피로도 차이를 고려하여, 10％ 단선까지의 시브 통과 횟수(N2)는 구조 보정계수(K2)를 사용하여 수학식 3에 기초하여 보정된다.
Figure 112011076601703-pct00003
구조 보정계수(K2)는 사용되는 와이어 로프(2)의 로프 구조에 따라서 정해지는 계수로, 로프 구조에 대응하여 미리 정해져 있다. ROM(16)에 미리 기억되어 있는 구조 보정계수(k1 내지 k3, 도 7 참조)가, 구조 보정계수(K2)로서 사용된다. 사용되고 있는 와이어 로프(2)의 구조에 따라서, 구조 보정계수(k1 내지 k3) 중 어느 하나 또는 그 조합(예를 들어, 이들을 함께 승산하여 얻어진 값)이 구조 보정계수(K2)로 된다.
상기한 수학식 3에 기초하여 얻어지는 N3를, "한계 굽힘 횟수"라고 부른다.
크레인의 1사이클(중량물을 매달아 올려 이동시키고 내리는 것) 당의 와이어 로프(2)의 굽힘 횟수(1사이클당의 로프의 시브 통과 횟수)를 사용하여, 상기 한계 굽힘 횟수(N3)를 제산함으로써, 시브에 대한 사용 가능 사이클수(Na, 중량물을 매달아 올려 이동시키고 내리는 사이클을 몇 번 반복할 수 있는지를 나타내는 수치)가 산출된다.
Figure 112011076601703-pct00004
여기서 n1은 1사이클당의 와이어 로프(2)의 시브 통과 횟수를 나타낸다. 도 7에 도시한 바와 같이, 크레인의 구조(시브 개수)에 기초하여 미리 입력(설정)된 수치가 사용된다.
상술한 바와 마찬가지로 하여, 권상 드럼(1)에 대한 드럼 사용 가능 사이클수[Nb(＝N3/n2)]도 산출된다. 드럼 직경[이 값도 ROM(16)에 미리 기억되어 있음](도 7)이 시브 직경 대신 수학식 1의 니먼식에 있어서의 D로서 사용되는 점만이 다르다. n2는 1사이클당의 와이어 로프(2)의 드럼 통과 횟수임을 알 수 있다(도 7).
와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수는 시브 및 드럼의 각각에 있어서의 와이어 로프의 굽힘이 복합되어 피로가 축적되는 것을 가정한 상태에서 산출된다. 최종적인 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Nx)는 상술한 시브 사용 가능 사이클수(Na) 및 드럼 사용 가능 사이클수(Nb)를 사용하여, 다음 식에 의해 산출된다.
Figure 112011076601703-pct00005
산출된 초기 상태의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Nx, 초기 수명)는 RAM(15) 또는 ROM(16)에 기억된다.
다음에 설명하는 바와 같이, 얻어진 초기 상태의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Nx)는 크레인의 운전 상황에 따라서(상술한 바와 같이, 쇼크 하중의 유무 및 그 크기가 고려된 상태에서) 감산되어, 새로운 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(잔여 수명, 추정 수명)가 산출되게 된다.
도 9는 로프 수명 관리 장치(10)의 동작의 흐름을 도시하는 흐름도이다. 도 2에 나타내는 하중 데이터의 그래프를 참조하면서 설명한다.
크레인이 가동되면, 로드 셀(8)로부터 중량물의 하중에 따른 전압이 출력되어, 로프 수명 관리 장치(10)에 공급된다. 로프 수명 관리 장치(10)의 RAM(15)에, 로드 셀(8)로부터 부여되는 하중 데이터(전압값, 도 2 참조)가 기억된다(스텝 31).
처음에, 로딩/언로딩 조건을 만족시키는지 여부가 판단된다(스텝 32). 이는, 크레인이 실질적으로 일(중량물을 매달아 올려 이동시키고, 내리는 1사이클의 동작)을 행한 것을 조건으로 하여, 와이어 로프(2)의 수명 관리를 행하기 위해서이다.
로딩/언로딩 조건을 만족시키는지 여부의 판단에는 도 8에 도시하는 판정 조건 데이터(설정 데이터)가 사용된다. 도 2를 참조하여, 로딩 검출 하중 이상의 하중이 검출되고, 또한 언로딩 검출 하중 이하의 하중이 검출되고, 또한 로딩 검출 하중 이상 언로딩 검출 하중 이상의 하중이 하중 취득 기간 이상 계속 검출된 경우, 크레인에 의한 1회의 일 즉, 일련의 동작(1사이클)이 행해졌다고 판정된다(스텝 32에서 예).
예를 들어, 바람의 영향에 의해 훅(7)이 요동한 경우에도 로드 셀(8)로부터 전압이 출력되지만, 이와 같은 경우에는 로딩/언로딩 조건을 만족시키지 않는다. 로드 셀(8)로부터의 하중 데이터가 로딩/언로딩 조건을 만족시키지 않는 경우, 로프 수명 관리 장치(10)는 특별한 처리를 행하지 않는다(스텝 32에서 아니오).
로딩/언로딩 조건을 만족시키는 하중 데이터가 로드 셀(8)로부터 부여된 경우, 하중 데이터 중의 최대값(피크값, 쇼크 하중)이, 실하중의 110％를 초과하는지 여부가 판단된다(스텝 33). 실하중은, 상술한 바와 같이 하중 판독 타입으로서 "순시"가 선택되어 있는 경우에는 평균 연산 기간의 종료 시에 있어서의 검출 하중이다. "평균"이 선택되어 있는 경우, 실하중은 평균 연산 기간 중의 검출 하중의 평균값이다.
쇼크 하중이 실하중의 110％ 이하인 경우, 쇼크 하중에 의한 와이어 로프(2)로의 영향은 없다(쇼크 하중은 없다)고 취급된다(스텝 33에서 아니오).
이 경우에는, 일반적인 로프 사용 횟수 감산 처리(잔여 사용 가능 횟수 산출 처리)로 진행한다(스텝 35).
로프 사용 횟수 감산 처리(스텝 35)에서는 다음의 계산이 행해진다.
처음에, 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(N1)는 로드 셀(8)로부터의 하중 데이터에 기초하여 얻어진 실하중을 사용하여 수학식 1 내지 수학식 5에 따라 산출된다. 상술한 초기 상태의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Nx)는 니먼식에 사용되는 인장 응력(σt)(＝W/A)으로서, 크레인에 의해 들어 올려질 수 있는 매달아 올리기 하중(정격 하중)에 기초하는 사용 하중(W)[예를 들어, 크레인의 매달아 올리기 하중이 40톤이고, 도 1에 도시하는 구조의 크레인의 경우, 사용 하중(W)＝5톤](도 7 참조)을 사용하여 산출된 것이다. 이에 대해, 실제로 매달아 올려지는 중량물의 하중은 매달아 올리기 하중보다도 가벼운(또는 무거운) 경우도 있다. 예를 들어, 40톤 크레인으로 40톤의 중량물을 취급하였다고 하면, 그때에 1회의 와이어 로프(2)의 사용이 행해진 것으로 된다. 그러나, 40톤보다도 가벼운(예를 들어, 30톤) 중량물이 취급되었다고 하면, 1회가 되지 않는 와이어 로프(2)의 사용이 행해졌다고 취급된다.
와이어 로프(2)의 사용 횟수(수명 감산값, H1)는 수학식 6에 의해 산출된다.
Figure 112011076601703-pct00006
와이어 로프(2)에 대한 새로운 잔여 사용 가능 횟수(잔여 수명, 추정 수명, Hremain)는 수학식 7에 의해 산출된다.
Figure 112011076601703-pct00007
산출된 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)가, 매달아 올려진 하중(실하중), 지금까지의 사용 횟수(크레인이 실질적인 일을 할 때마다 산출되는 사용 횟수의 누적값) 등과 함께 로프 수명 관리 장치(10)의 표시 장치(12)의 표시 패널에 표시된다(스텝 36, 도 6 참조).
한편, 쇼크 하중이 실하중의 110％를 초과한 경우에는, 쇼크 하중에 의해 와이어 로프(2)는 손상을 받는 것으로서 취급된다(스텝 33에서 예).
이 경우, 상술한 와이어 로프(2)의 사용 횟수(수명 감산값, H1)와 쇼크 하중의 크기에 따른 보정계수(1을 초과하는 계수)를 승산한 값이 사용된다.
쇼크 하중의 크기에 따른 보정계수는, 도 8에 도시한 바와 같이 미리 설정되어 ROM(16)에 기억되어 있다. 예를 들어, 쇼크 하중이 실하중의 115％였던 경우, 상술한 로프 사용 횟수(H1)에 계수 1.240이 승산된 결과가 로프 사용 횟수(H1)로서 취급된다. 쇼크 하중의 크기에 따른 보정계수는, 순시에 작용한 부하량과 쇼크 하중 제거 후의 부하량을 고려하여, 니먼식을 사용하여 구하고 있다.
쇼크 하중이 클수록 보정계수로서 큰 값이 사용된다.(도 8 참조) 따라서, 쇼크 하중이 크면 클수록, 로프 사용 횟수(수명 감산값, H1)는 큰 수치로 된다.
얻어진 로프 사용 횟수(H1)를 초기 상태의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Nx)로부터 감산함으로써, 와이어 로프(2)의 새로운 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)를 산출하는 것은 상술한 바와 마찬가지이다(수학식 7, 스텝 34). 쇼크 하중이 고려된 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)가 표시 패널에 표시된다(스텝 36).
2회째 이후의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)의 산출 처리에서는, 산출된 로프 사용 횟수(H1)가, 전회 산출된 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)로부터 감산되는 것은 물론이다.
와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)가 산출되면, 그것이 수명 전 설정 사용 횟수에 도달하고 있는지 여부가 판단된다(스텝 37). 수명 전 설정 사용 횟수는 미리 설정되어 있는 수명 도달 전 경고 조건(도 8 참조)에 기초하여 산출된다[물론, 미리 산출하여 ROM(16)에 기억해 두어도 좋음]. 예를 들어, 수명 도달 전 경고 조건이 20％이면, 초기 상태의 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수의 80％값(0.8을 승산한 값)이 수명 전 설정 사용 횟수로 된다. 산출된 와이어 로프(2)의 잔여 사용 가능 횟수(Hremain)가 상기 수명 전 설정 사용 횟수 이하로 되면, 경고음 또는 표시 패널 상의 표시에 의해 경고 통지가 행해진다(스텝 37에서 예, 스텝 38).

Claims (5)

  1. 와이어 로프를 드럼으로부터 조출하고, 또한 상기 드럼에 권취함으로써, 상기 와이어 로프 및 상기 와이어 로프가 걸린 시브를 통해 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 크레인에 사용되는 상기 와이어 로프의 추정 수명을, 미리 결정된 수명 추정식에 따라서 산출하는 수명 산출 수단과,
    상기 시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는, 상기 중량물이 매달아 올려지고, 그 후 내려질 때까지의 동안의 상기 중량물의 하중 데이터의 입력을 접수하는 하중 데이터 입력 수단과,
    상기 하중 데이터 입력 수단으로부터 입력된 하중 데이터에 기초하여, 중량물을 매달아 올린 후 미리 결정된 시간이 경과한 시점의 하중, 또는 중량물을 매달아 올린 후 제1 미리 결정된 시간을 경과한 시점으로부터 스타트해서 그 후 제2 미리 결정된 시간이 경과하는 시점까지의 하중을 평균한 값을, 상기 중량물의 실하중으로서 산출하는 실하중 산출 수단과,
    상기 하중 데이터 입력 수단으로부터 입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 미리 결정된 시간 또는 상기 제1 미리 결정된 시간에 도달하기에 앞선 타이밍에 있어서, 상기 실하중을 미리 결정된 양 이상 초과하는 쇼크 하중의 유무를 검지하는 쇼크 하중 검지 수단과,
    상기 쇼크 하중 검지 수단에 의해 쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어진 값을 상기 추정 수명으로부터 감산함으로써, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출하는 수명 갱신 수단을 구비하는, 와이어 로프 수명 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쇼크 하중에 대해, 상기 실하중을 초과하는 초과량을 산출하는 쇼크 하중 초과량 산출 수단을 더 구비하고,
    상기 수명 갱신 수단은, 상기 보정계수로서, 상기 쇼크 하중 초과량 산출 수단에 의해 산출된 초과량이 클수록 큰 값을 사용하는, 와이어 로프 수명 관리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수명 갱신 수단에 의해 산출되는 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 표시하는 표시 장치를 더 구비하는, 와이어 로프 수명 관리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미리 결정된 수명 추정식으로서 니먼식을 사용하는, 와이어 로프 수명 관리 장치.
  5. 와이어 로프를 드럼으로부터 조출하고, 또한 상기 드럼에 권취함으로써, 상기 와이어 로프 및 상기 와이어 로프가 걸린 시브를 통해 중량물을 매달아 올려 운반한 뒤 내리는 크레인에 사용되는 상기 와이어 로프의 추정 수명을, 미리 결정된 수명 추정식에 따라서 산출하는 단계와,
    상기 시브에 설치된 로드 셀로부터 출력되는, 상기 중량물이 매달아 올려지고, 그 후 내려질 때까지의 동안의 상기 중량물의 하중 데이터의 입력을 접수하는 단계와,
    입력된 하중 데이터에 기초하여, 중량물을 매달아 올린 후 미리 결정된 시간이 경과한 시점의 하중, 또는 중량물을 매달아 올린 후 제1 미리 결정된 시간을 경과한 시점으로부터 스타트해서 그 후 제2 미리 결정된 시간이 경과하는 시점까지의 하중을 평균한 값을, 상기 중량물의 실하중으로서 산출하는 단계와,
    입력된 하중 데이터에 기초하여, 상기 미리 결정된 시간 또는 상기 제1 미리 결정된 시간에 도달하기에 앞선 타이밍에 있어서, 상기 실하중을 미리 결정된 이상 초과하는 쇼크 하중의 유무를 검지하는 단계와,
    쇼크 하중의 존재가 검지된 경우에, 쇼크 하중의 존재가 검지되지 않았던 경우의 수명 감산값에 1을 초과하는 값을 갖는 보정계수를 승산하여 얻어진 값을 상기 추정 수명으로부터 감산함으로써, 새로운 와이어 로프의 추정 수명을 산출하는 단계를 포함하는, 와이어 로프 수명 관리 방법.
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