WO2021215043A1 - ワイヤロープ監視装置およびクレーンシステム - Google Patents

Abstract

ワイヤロープ末端付近の点検を重点的に行うよう促し、安全な状態で巻上機を使用することを補助する、ワイヤロープ監視装置を提供する。ワイヤロープ２を巻き取るドラムを回転させる巻上用電動機３と、荷振れ角度検出装置１１０と、巻上用電動機３を制御するインバータ制御装置１２でが、荷振れ角度検出装置１１０の出力と、巻上用電動機３の出力電流や回転状況から推定した負荷状態を基に、末端支持装置付近のワイヤロープ２が屈曲した屈曲回数を負荷ごとに測ることでワイヤロープの監視を行い、屈曲回数を負荷状態ごとに記録する。

Description

ワイヤロープ監視装置およびクレーンシステム

　本発明は、クレーンシステムが有するクレーン装置に使用されるワイヤロープの監視に関するものである。その中でも特に、ワイヤロープの屈曲を検知するための技術に関する。

　クレーン装置等に使用されているワイヤロープは使用することで劣化するため、定期的な点検を行い、劣化状態の検査を行う必要がある。２本掛けのクレーンでは、多くの場合、シーブ通過部の消耗が大きいが、使用形態によってはロープ末端付近の消耗が大きい場合もある。これは、巻上機が横行動作を行った際、荷振れが発生することで、ワイヤロープが搖動し、ワイヤロープ末端(ロープエンド)に応力が集中するためである。

　ロープエンドへの応力集中を低減させるため、ワイヤロープをシーブに巻き付けるようにし、ロープエンドを係止めする構造となっているワイヤロープ末端支持装置を採用しているものもある。これにより、ロープエンドに応力が集中しないような構造としている。
また、ピンを介してワイヤロープ末端支持装置を巻上機に取り付けることで、走行時に発生する荷振れの影響を低減させている。

　しかし、単純な末端支持装置よりも応力集中を低減できているが、負荷が集中する箇所であることに変わりはなく、点検の欠かせない箇所である。

　特許文献１には、ワイヤロープ状態の検査を行う際の補助として、ワイヤロープを単位長ごとに、その負荷（荷重）における屈曲回数を計測することで、ワイヤロープを監視し、ワイヤロープの屈曲が多い箇所を重点的に点検することが可能となるワイヤロープ監視装置が記載されている。

特開２０１０－１４９９８０号公報

　しかし、前述のワイヤロープ監視装置では、シーブやドラムによる屈曲回数に基づくワイヤロープの監視を行っている。この技術では、クレーンシステムのエンコーダのパルスにより屈曲回数を計測していたが、ロープエンド部付近の状態を把握できない、との課題が存在する。

　そこで本発明では、エンコーダのパルスで計測できない箇所も含めワイヤロープ全体の屈曲回数を把握できるようにすることを目的とする。

　目的を達成するため、本発明では、周期的に検知する荷振れ角度に応じて、屈曲を検知し、その屈曲回数を計数する。

　より詳細には、ワイヤロープに接続される保持手段で保持される荷物を移動させるクレーンシステムを制御するためのワイヤロープ監視装置において、前記ワイヤロープの屈曲回数を計測する制御部と、前記制御部で計測された屈曲回数を記憶する情報記憶部を有する。そして、前記制御部は、荷振れ角度検出装置から、周期的に検出される前記ワイヤロープの荷振れ角度を受信し、前記荷振れ角度が予め定められた閾値より大きいかを比較し、周期的に検出された前記荷振れ角度を用いて、前記ワイヤロープの荷振れ方向の変化を検知し、前記荷振れ角度が閾値より大きく、前記荷振れ方向の変化が検知された場合に、前記ワイヤロープで屈曲が発生したと判断して、前記ワイヤロープにおける屈曲回数を計数するワイヤロープ監視装置である。

　なお、本発明には、本ワイヤロープ監視装置を有するクレーンシステム、ワイヤロープ監視装置を監視方法ないし屈曲計数方法も含まれる。

　本発明によれば、ワイヤロープ全体の曲げ（屈曲）回数を規則できるので、ワイヤロープ末端付近の負荷状態ないし荷重状態（以下、負荷状態）を監視することが可能になる。

本発明の一実施例におけるインバータ式クレーンシステムの構成図の一例である。 本発明の一実施例における巻上機のワイヤロープ末端支持装置の構成図の一例である。 本発明の一実施例におけるワイヤロープ監視装置の制御システムの一例である。 本発明の一実施例におけるインバータ制御装置の一例である。 本発明の一実施例におけるワイヤロープの屈曲の様子を示す図である。 本発明の一実施例におけるワイヤロープ屈曲回数の表示例である。 本発明の一実施例におけるワイヤロープ屈曲回数をカウントする制御フローの一例である。 本発明の一実施例におけるステップＳ５の考え方を示す図である。 本発明の一実施例で用いられる計測データと屈曲回数テーブルを示す図である。

　図１を用い、本実施例におけるインバータ式クレーンシステムの構成の一例について説明する。当該クレーンシステムを構成する巻上用電動機３は操作入力装置１１から動作指令を取り込んだインバータ制御装置１２より巻上用電動機３を制御する。つまり、巻上用電動機３は減速機を介してワイヤロープ２巻き取りドラムを回転させることにより、ワイヤロープ２の巻上、巻下させ荷物の保持手段であるフック１に取り付けられた荷物をＺ軸方向へ移動させる。

　また、操作入力装置１１から動作指令を取り込んだインバータ制御装置１２より、横行用電動機５を制御し、横行用装置６と、横行用ガータ７によって、フック１に取り付けられた荷物をＸ軸方向へ移動させる。なお、本実施例では、保持手段として、フック１を例示したが、リング、シャックル、ロープなど他の保持手段を用いてもよい。

　また、操作入力装置１１から動作指令を取り込んだ走行用インバータ制御装置１３より、走行用電動機８を制御し、走行用装置９と走行用ガータ１０により、フック１に取り付けられた荷物をＹ軸方向へ移動させる。

　なお、本実施例では、インバータ制御装置１２により、ワイヤロープ２の屈曲回数を計数する。つまり、インバータ制御装置１２を、ワイヤロープ監視装置として用いる。但し、ワイヤロープ監視装置を別途設け、屈曲回数を計数してもよい。

　次に、図２を用いて、ワイヤロープ末端支持装置１４の構成の一例について説明する。
ワイヤロープ末端支持装置１４はワイヤロープ２を巻き付け、ロープエンド部１６の係止めを行う構造となっている。これにより、ロープエンド部１６に応力が集中しないような構造としている。また、ピン１５を介してドラム４に取り付けることで、Ｙ軸方向へ動作した際に発生する荷振れの影響を低減させている。後述するように、本実施例では、図示されたワイヤロープ末端支持装置１４付近のワイヤロープ２の屈曲回数を計数する。なお、本実施例において、屈曲回数とは予め定めた荷振れ角度以上にワイヤロープ２が曲がった回数を指す。

　次に、図３を用いて、制御対象（電動機等）に対するインバータ制御装置１２と走行用インバータ制御装置１３からなる制御システムでの制御を説明する。巻上用電動機３と横行用電動機５は、インバータ制御装置１２に設けられたインバータ制御部１０３により制御される。すなわち、操作入力装置１１から所定の動作指令を受けると、インバータ制御部１０３は動作指令に基づいてインバータ制御信号を生成し、インバータ制御信号によって各インバータ、巻上用インバータ１０１、横行用インバータ１０２を制御する。また、巻上用インバータ１０１、横行用インバータ１０２は、駆動に必要な周波数、電圧、電流を巻上用電動機３と横行用電動機５に与える。

　さらに、インバータ制御装置１２は、電磁ブレーキで実現される巻上用ブレーキ１０６、横行用ブレーキ１０７を開放制御することで、フック１に取り付けられた荷物を保持しつつ各方向（Ｚ、Ｘ）へ移動させる。

　次に、図４を用いて、インバータ制御装置１２の構成の一例について説明する。

　インバータ制御装置１２は、制御部２０１、情報記憶部２０２、出力部（図示せず）を有する。制御部２０１は、操作入力装置１１からの動作指令に基づき巻上、横行用インバータ１０２を制御して各電動機（巻上用電動機３、横行用電動機５）を駆動する。

　制御部２０１は、ワイヤロープ２に対する負荷状態を推定する。負荷状態は、巻上用インバータ１０１から取得した周波数、電流値や電圧、それらに基づき算出したワイヤロープに対する荷物の重さ（吊荷重）や出力トルク、エンコーダ１０９（回転検出部）から取得した巻上用電動機３の回転状況（パルス信号）などを用いて、推定される。そして、制御部２０１は、この負荷状態を用いて、巻上用インバータ１０１を制御する。巻上用電動機３の回転状況を検出するには巻上用電動機３の回転軸に取り付けられたエンコーダ１０９から発せられる回転数に対応するパルス信号を用いることができる。

　情報記憶部２０２は、インバータ制御装置１２が搭載されるドラム４の負荷状態を判定するための閾値を保存している。巻上げ動作を行う際に巻上用電動機３へ巻上用インバータ１０１が与える電流値や、電動機の回転数によって負荷状態の判定を行う。

　制御部２０１は荷振れ角度検出装置１１０の出力を取り込み、荷振れ角度を計測し、荷振れの状態を把握する。

　荷振れ角度検出装置１１０はジャイロセンサや加速度センサなどを用いた手法や、荷振れによるワイヤロープの張力変化(シーブなどへの負荷変化)から算出を行う手法など、荷振れの角度が分かるものであればよい。

　情報記憶部２０２は、制御部２０１において取得した荷の振れ角度を一時保存する。そして、制御部２０１が、荷振れ方向が変化する点をとらえた場合、ワイヤ―ロープ末端付近が屈曲したと判断し、屈曲回数をカウントし、情報記憶部２０２に記憶する。この屈曲の様子を図５に示す。図５は、ワイヤロープ末端支持装置１４に巻き付けられたワイヤロープ２が、左右に揺れている、つまり、屈曲する様子を示す。なお、この処理の詳細は、図７を用いて後述する。

　また、情報記憶部２０２は屈曲回数を保存する際、前記の負荷状態を合わせて保存を行う。

　次に、図６を用いて、計測した内容（屈曲回数や負荷状態）の表示に関する説明を行う。図６は、インバータ制御装置１２に接続された表示装置（図示せず）での表示の内容およびその遷移の様子を示す。表示画面には、ワイヤロープ末端付近の屈曲回数を総屈曲回数と、荷重区分ごとに表示がされる。つまり、図６の最上部が、計数された荷振れの総回数を表示し、以下、荷重区分（最も左の表示領域）と、この荷重区分の際の屈曲回数（荷重区分の表示エリアの右側）を合わせて表示する。ここで、本表示は、制御部２０１の制御もしくは利用者の表示装置への操作に従って、各表示を変化させる。この場合、一定時間ごとに、自動的に表示を切り替え、繰り返し表示してもよい。

　なお、荷重区分は、例えば、定格荷重に対する割合として、０～１０％を無負荷、１１～２５％を軽負荷、２６～５０％を中負荷、５１～７５％を重負荷、７６～１００％を超重負荷、１０１％以上を過負荷のように分け、それぞれの屈曲回数を表示する。このように、情報記憶部に記憶された屈曲回数を負荷ごとに表示装置に表示することで、ワイヤロープの使用状態を詳細に可視化することができる。また、図６の表示は、制御部２０１が、情報記憶部２０２に格納した屈曲回数テーブル２０２２を用いて行う。屈曲回数テーブル２０２２は、図９に示すが、この内容については、後述する。

　最後に、図７を用いて、屈曲回数をカウントする制御フローの説明を行う。

　まず、フローの前提として、クレーンシステムでは、制御システムの制御に従って荷物を移動させている。また、本フローは、荷物の移動の際に、繰り返し実行されるものであり、ステップＳ１の際には、荷振れ角度の「前回値」が情報記憶部２０２に記憶されている。

　まず、ステップＳ１において、制御部２０１は、荷振れ角度検出装置１１０の出力から、荷振れ角度を取得する。これは、周期的に実行されるものである。つまり、荷振れ角度検出装置１１０では、荷振れ角度を周期的に計測し、この結果もその都度出力される。また、ステップＳ１においては、制御部２０１は上述の方法で、負荷状態を推定する。そして、制御部２０１は、推定した負荷状態を、情報記憶部２０２の計測データの「負荷（％）」の欄に記憶する。また、この際、制御部２０１は、当該時間を「計測時間」の欄に記憶する。

　次に、ステップＳ２において、制御部２０１は、微小な荷振れ角度を除去するため、荷振れ角度が一定角度以上かの判定を行う。微小な荷振れ角度とは、予め情報記憶部２０２に記憶された角度（一定角度）である。これを除去する理由は、一定角度未満の場合は、屈曲が発生していない、と判断できるためである。この結果、一定角度以上であれば、ステップＳ３に進む。一定角度未満（一定角度以上でない）場合には、ステップＳ４に進む。ここで、ステップＳ３に進んだ場合、以降のステップと合わせて屈曲回数の計数を進める。

　ステップＳ４に進んだ場合、屈曲回数の計数処理を一旦終了し、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ４では、制御部２０１が、情報記憶部２０２に記憶されている荷振れ角度の「前回値」をクリアする。この前回値とは、繰り返し実行される本フローチャートにおいて、以前に実行されたステップＳ７で保存された荷振れ角度（現在値）である。

　次に、屈曲回数の計数を行うステップＳ３以降の処理について説明する。ステップＳ３において、制御部２０１は、情報記憶部２０２に格納された前回値とステップＳ１で取得した荷振れ角度（現在値）を比較する。

　次に、ステップＳ５において、制御部２０１は、ステップＳ４の比較結果から荷振れ方向が変化しているかを判断する。具体的には、制御部２０１は、情報記憶部２０２に格納された前回値と現在値の大小関係を用いる。前回値が大きい場合は、荷振れ方向が変化したと判断する。逆に、現在値が大きい場合、荷振れ方向が変化していないと判断する。

　この判断の考え方について、図８を用いて説明する。図８において、２０－１～２０－３はそれぞれワイヤロープの基準線(例えば、中心線)を示す。これらうち、基準線２０－１が、前回の繰り返し処理の際におけるワイヤロープ２の位置の基準となる。つまり、θ１が前回値として、情報記憶部２０２に記憶されている。

　その後、荷物に対する移動に伴い、ワイヤロープ２の荷振れが、基準線２０－２ないし２０－３のいずれかになる。まず、ワイヤロープ２が基準線２０－１から基準線２０－２に変わった場合を説明する。この場合、基準線２０－２は、基準線２０－１に比べて、中心線３０に近い。つまり、（１）荷振れが中心線３０から基準線２０－１への荷振れ方向と、（２）基準線２０－１から基準線２０－２への方向が異なる方向へ変化していることを示している。ここで、基準線２０－１の荷振れ角度θ１と、基準線２０－２における荷振れ角度θ２（現在値）は、θ１＞θ２の関係を満たしている。つまり、前回値が大きいので、荷振れ方向が変化したと判断する。

　また、ワイヤロープ２が基準線２０－１から基準線２０－３に変わった場合を説明する。この場合、基準線２０－３は、基準線２０－１に比べて、中心線３０から遠い。つまり、（１）荷振れが中心線３０から基準線２０－１への荷振れ方向と、（２）基準線２０－１から基準線２０－３への方向が同じである。言い換えると、ワイヤロープ２の荷振れは、中心線３０・基準線２０－１・基準線２０－３と同じ方向へ変化している。ここで、基準線２０－１の荷振れ角度θ１と、基準線２０－３における荷振れ角度θ３は、θ１＜θ３（現在値）の関係を満たしている。つまり、現在値が大きいので、荷振れ方向が変化していないと判断する。

　なお、以前の繰り返し処理のＳ４や最初の処理のため、前回値が情報記憶部２０２に記憶されていない場合は、荷振れ方向の変化がないと判断し、ステップＳ７に進むものとする。

　ステップＳ５での判断の結果、荷振れ方向に変化がなかったと判断した場合、ステップＳ７に進む。荷振れ方向に変化があったと判断した場合、ステップＳ６に進む。

　ステップＳ６において、制御部２０１は、屈曲回数をカウントＵＰする。つまり、制御部２０１は、情報記憶部２０２に記憶されている計測データの「屈曲」の欄に「有」といった屈曲と判断した旨の情報を記録する。そして、制御部２０１は、計測データ２０２１で「有」に対応する「負荷（％）」に応じて、屈曲回数テーブル２０２２の該当する負荷の欄の屈曲回数を＋１する。また、制御部２０１は、負荷ごとの屈曲回数の総和である総回数を算出し、記録する。

　以上のように、計測データ２０２１は、制御部２０１で推定、計測等される各データを記録するものである。そして、屈曲回数テーブル２０２２は、この計測データ２０２１に基づいて、制御部２０１により作成されるものである。なお、屈曲回数テーブル２０２２への記録は都度実行してもよいし、荷物の移動の終了後などにまとめて実行してもよい。

　次に、ステップＳ７において、制御部２０１は、現在値を前回値として、情報記憶部２０２に上書き保存する。そして、ステップＳ１に戻り、本フローチャートで示す処理を繰り返す。

　なお、本フローチャートのステップＳ２とステップＳ５の順序は逆もしくは並行して実行してもよい。つまり、荷振れ方向の変化の確認を行い（ステップＳ５）、その後、荷振れ角度が一定角度以上かを判断（ステップＳ２）を実行してもよいし、これらを並行して行ってもよい。これらの場合も、荷振れ角度が一定値以上でないと判断した場合、前回値をクリアする（ステップＳ４）。

　また、利用者の入力、クレーンシステム置の電源オフなど、所定の条件を満たした場合、本フローチャートで示す処理を終了する。

　本実施例によれば、ワイヤロープ末端付近の点検を重点的に行うよう促し、安全な状態で巻上機を使用することが可能になる。また、ワイヤロープの末端を含む全体の屈曲回数を把握できるため、点検を行う際により重点的な検査を行うことを促すことができる。

1…フック、２…ワイヤロープ、３…巻上用電動機、４…ドラム、５…横行用電動機、６…横行用装置、７…横行用ガータ、８…走行用電動機、９…走行用装置、１０…走行用ガータ、１１…操作入力装置、１２…インバータ制御装置、１３…走行用インバータ制御装置、１４…ワイヤロープ末端支持装置、１５…ピン、１６…ロープエンド部、１０１…巻上用インバータ、１０２…横行用インバータ、１０３…インバータ制御部、１０４…走行用インバータ、１０５…走行用インバータ制御部、１０６…巻上用ブレーキ、１０７…横行用ブレーキ、１０８…走行用ブレーキ、１０９…エンコーダ、１１０…荷振れ角度検出装置、２０１…制御部、２０２…情報記憶部

Claims (10)

1. 　ワイヤロープに接続される保持手段で保持される荷物を移動させるクレーンシステムを制御するためのワイヤロープ監視装置において、
   　前記ワイヤロープの屈曲回数を計測する制御部と、
   　前記制御部で計測された屈曲回数を記憶する情報記憶部を有し、
   　前記制御部は、
   　荷振れ角度検出装置から、周期的に検出される前記ワイヤロープの荷振れ角度を受信し、
   　前記荷振れ角度が予め定められた閾値より大きいかを比較し、
   　周期的に検出された前記荷振れ角度を用いて、前記ワイヤロープの荷振れ方向の変化を検知し、
   　前記荷振れ角度が閾値より大きく、前記荷振れ方向の変化が検知された場合に、前記ワイヤロープで屈曲が発生したと判断して、前記ワイヤロープにおける屈曲回数を計数することを特徴とするワイヤロープ監視装置。
2. 　請求項１に記載のワイヤロープ監視装置において、
   　前記制御部は、
   　前記荷振れ方向の変化を、前記情報記憶部に記憶された前回の荷振れ角度である前回値と、荷振れ角度検出装置から受信した荷振れ角度である現在値を比較して、前回値よりも現在値が小さい場合に、前記荷振れ方向が変化したと検知することを特徴とするワイヤロープ監視装置。
3. 　請求項２に記載のワイヤロープ監視装置において、
   　前記制御部は、
   　前記現在値が前記閾値より小さい場合、前記情報記憶部に記憶された前回値を消去し、　前記現在値が前記閾値より大きい場合、前記情報記憶部に対し、前記現在値を上書き保存することを特徴とするワイヤロープ監視装置。
4. 　請求項１乃至３のいずれかに記載のワイヤロープ監視装置において、
   　前記制御部は、
   　前記ワイヤロープに対する負荷状態を推定し、
   　前記屈曲回数を、前記負荷状態ごとに、前記情報記憶部に記憶することを特徴とするワイヤロープ監視装置。
5. 　請求項４に記載のワイヤロープ監視装置において、
   　前記クレーンシステムは、前記ワイヤロープの端末を支持する末端支持装置を有し、
   　前記制御部は、前記屈曲回数として、前記ワイヤロープのうち、前記末端支持装置付近の屈曲回数を計測することを特徴とするワイヤロープ監視装置。
6. 　ワイヤロープに接続される保持手段で保持される荷物を移動させるクレーンシステムにおいて、
   　前記ワイヤロープの屈曲回数を計測する制御部と、
   　前記制御部で計測された屈曲回数を記憶する情報記憶部と、
   　前記ワイヤロープの荷振れ角度を周期的に検知する荷振れ角度検出装置とを有し、
   　前記制御部は、
   　前記荷振れ角度検出装置から、前記荷振れ角度を受信し、
   　前記荷振れ角度が予め定められた閾値より大きいかを比較し、
   　周期的に検出された前記荷振れ角度を用いて、前記ワイヤロープの荷振れ方向の変化を検知し、
   　前記荷振れ角度が閾値より大きく、前記荷振れ方向の変化が検知された場合に、前記ワイヤロープで屈曲が発生したと判断して、前記ワイヤロープにおける屈曲回数を計数することを特徴とするクレーンシステム。
7. 　請求項６に記載のクレーンシステムにおいて、
   　前記制御部は、
   　前記荷振れ方向の変化を、前記情報記憶部に記憶された前回の荷振れ角度である前回値と、荷振れ角度検出装置から受信した荷振れ角度である現在値を比較して、前回値よりも現在値が小さい場合に、前記荷振れ方向が変化したと検知することを特徴とするクレーンシステム。
8. 　請求項７に記載のクレーンシステムにおいて、
   　前記制御部は、
   　前記現在値が前記閾値より小さい場合、前記情報記憶部に記憶された前回値を消去し、　前記現在値が前記閾値より大きい場合、前記情報記憶部に対し、前記現在値を上書き保存することを特徴とするクレーンシステム。
9. 　請求項６乃至８のいずれかに記載のクレーンシステムにおいて、
   　前記制御部は、
   　前記ワイヤロープに対する負荷状態を推定し、
   　前記屈曲回数を、前記負荷状態ごとに、前記情報記憶部に記憶することを特徴とするクレーンシステム。
10. 　請求項９に記載のクレーンシステムにおいて、
    　さらに、前記ワイヤロープの端末を支持する末端支持装置を有し、
    　前記制御部は、前記屈曲回数として、前記ワイヤロープのうち、前記末端支持装置付近の屈曲回数を計測することを特徴とするクレーンシステム。

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