WO2024029205A1 - 係船索張力監視システム - Google Patents

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tension
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mooring line
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嵩 野田
啓司 大江
篤志 森下
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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    • B63B21/16—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring using winches
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    • B63B21/04—Fastening or guiding equipment for chains, ropes, hawsers, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • B66D1/58—Safety gear responsive to excess of load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B2021/003—Mooring or anchoring equipment, not otherwise provided for
    • B63B2021/008—Load monitors

Definitions

  • the present disclosure relates to a mooring line tension monitoring system.
  • a mooring line When mooring a ship to a fixed structure such as a quay or a sea base, a mooring line is strung around at least one mooring hardware on the ship's hull, and the tip of the mooring line is anchored to a mooring post of the fixed structure. .
  • the mooring line is wound up or unwound by a mooring machine (mooring winch) installed on the hull.
  • Patent Document 1 discloses that a mooring machine includes a drum around which a mooring line is wound, and a band brake that can be switched between a restrained state that prohibits rotation of the drum and an open state that allows rotation of the drum. It is described that when the brake is in a restrained state, the tension in the mooring line is calculated from the detected value of a load cell provided in the band brake and the tension action radius on the drum.
  • Patent Document 2 describes that a fiber rope is used as a mooring rope, an elongation rate sensor is twisted at the tip of the fiber rope, and the tension of the mooring rope is calculated from the detected value of the elongation rate sensor. There is.
  • the tension of the mooring line is calculated from the detected value of the load cell installed in the band brake and the radius of tension action on the drum, the calculated tension is based on the tension of the portion of the mooring line near the drum. It is tension.
  • the tension of the mooring line is different before and after the mooring hardware. That is, with the configuration described in Patent Document 1, it is not possible to detect the most important tension on the mooring pole side, which is the tension in the portion of the mooring line between the mooring hardware and the mooring pole.
  • an object of the present disclosure is to provide a mooring line tension monitoring system that can detect the mooring pole side tension of a mooring line without using an elongation rate sensor.
  • the present disclosure is a system for monitoring the tension of a mooring line that is stretched around at least one mooring hardware on a ship's hull and whose tip is moored to a mooring post of a fixed structure, the system comprising: a drum around which the mooring line is wound; and a drum-side tension that is the tension in a portion of the mooring line between the mooring machine and the at least one mooring hardware, and the mooring line is stretched over the at least one mooring hardware.
  • a mooring line tension monitoring system comprising: a control device that calculates a mooring column side tension that is a tension in a portion between the mooring line and the column.
  • a mooring line tension monitoring system that can detect the mooring pole side tension of a mooring line without using an elongation rate sensor.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mooring line tension monitoring system according to an embodiment. It is a front view of a mooring machine. It is a schematic block diagram of a band brake.
  • FIG. 1 shows a mooring line tension monitoring system 1 according to one embodiment.
  • This mooring line tension monitoring system 1 monitors the tension of a mooring line 10 when a ship 2 is moored by the mooring line 10 to a fixed structure 3 such as a quay or a sea base.
  • the mooring line tension monitoring system 1 includes a plurality of mooring machines 4 provided on the hull 21 of the ship 2 and a control device 9 that controls these mooring machines 4.
  • Each mooring machine 4 winds up and unwinds the corresponding mooring line 10.
  • four mooring machines 4 are arranged on the port and starboard sides of the bow side and the port and starboard sides of the stern side, but the number and position of the mooring machines 4 can be changed as appropriate.
  • a plurality of mooring hardware 22 are provided on the hull 21, and a plurality of mooring columns 31 are provided on the fixed structure 3.
  • each mooring line 10 is wrapped around at least one mooring hardware 22, and the tip of the mooring line 10 is anchored to a mooring post 31.
  • all the mooring lines 10 are strung around two mooring hardware 22, but the number of mooring hardware 22 over which each mooring line 10 is strung is one or three or more. Good too.
  • the mooring hardware 22 is, for example, a stand roller, a fairlead, a deck roller, a chock, etc.
  • the mooring bollard 31 is, for example, a bit, a bollard, a quick release hook, or the like.
  • the mooring line 10 may be a fiber rope or a metal wire. Examples of the material for the fiber rope include nylon and ultra-high molecular weight polyethylene (HMPE).
  • the mooring line 10 may have a distal end portion made of a fiber rope, and a majority of the remaining portion made of wire.
  • each mooring machine 4 includes a drum 7 around which the mooring line 10 is wound, and a motor 51 that rotates the drum 7.
  • the drum 7 is rotatably supported by a support base 25.
  • a reducer 52 is provided between the motor 51 and the drum 7, and a clutch 53 and a band brake 6 are provided between the reducer 52 and the drum 7. That is, the motor 51 rotates the drum 7 via the reducer 52 and the clutch 53.
  • the motor 51 rotates in a first direction in which the mooring line 10 is wound around the drum 7 and in a second direction in which the mooring line 10 is unwound from the drum 7.
  • the motor 51 is a hydraulic motor, and hydraulic oil is supplied to and discharged from the hydraulic motor via a control valve 55.
  • the control valve 55 By controlling the control valve 55 by the control device 9, the motor 51 is switched between stopping, rotating in the first direction, and rotating in the second direction.
  • the motor 51 may be an electric motor and may be directly controlled by the control device 9.
  • the motor 51 is provided with a torque detector 50 that detects the torque of the motor 51.
  • a torque detector 50 that detects the torque of the motor 51.
  • the motor 51 is a hydraulic motor
  • a pressure sensor that measures the inflow pressure of hydraulic oil supplied to the hydraulic motor is used as the torque detector 50, and the inflow pressure measured by the pressure sensor is used as the torque detector 50. This is converted to a torque of 51.
  • a torque sensor that directly measures the torque of the motor 51 may be used.
  • the motor 51 is an electric motor, the current flowing through the electric motor may be converted into torque.
  • the clutch 53 is switched between a engaged state in which the drum 7 is connected to the reducer 52 and a disengaged state in which the drum 7 is separated from the reducer 52.
  • the clutch 53 includes a hydraulic cylinder. This hydraulic cylinder is connected to a solenoid valve 81, and when the solenoid valve 81 is controlled by the control device 9, the clutch 53 can be switched from the engaged state to the disengaged state or vice versa.
  • the clutch 53 may include an electric cylinder instead of the hydraulic cylinder, and the electric cylinder may be directly controlled by the control device 9.
  • the band brake 6 is switched between a restrained state in which rotation of the drum 7 is prohibited and an open state in which rotation of the drum 7 is permitted.
  • the band brake 6 includes a hydraulic cylinder 66, as shown in FIG.
  • This hydraulic cylinder 66 is connected to a solenoid valve 82 (see FIG. 2), and when the solenoid valve 82 is controlled by the control device 9, the band brake 6 is switched from the restrained state to the released state or vice versa. I can do it.
  • the band brake 6 may include an electric cylinder instead of the hydraulic cylinder 66, and the electric cylinder may be directly controlled by the control device 9.
  • the band brake 6 includes a brake drum 61 that rotates together with the drum 7, and a pair of arcuate bands 62 and 63 that extend along the brake drum 61.
  • One ends of the bands 62 and 63 are connected to each other via a pin 64, and the other ends of the bands 62 and 63 are connected to the above-mentioned hydraulic cylinder 66 via a link mechanism 65.
  • the hydraulic cylinder 66 moves the other ends of the bands 62 and 63 away from each other via the link mechanism 65, a slight gap is formed between the bands 62 and 63 and the brake drum 61, and the band brake 6 becomes in an open state.
  • the hydraulic cylinder 66 brings the other ends of the bands 62, 63 closer to each other via the link mechanism 65, the bands 62, 63 tighten the brake drum 61, and the band brake 6 becomes in a restrained state.
  • the band brake 6 is provided with a load cell 60 that detects the band tension F acting on the bands 62 and 63 in a restrained state.
  • a pin-type load cell 60 is employed.
  • the link mechanism 65 includes a tension bar 67, and the tension bar 67 is connected to the bracket 23 provided on the hull 21 via the load cell 60.
  • An operation signal is input to the control device 9 for each mooring machine 4.
  • the control device 9 controls the control valve 55 and solenoid valves 81 and 82 of the corresponding mooring machine 4 based on the input operation signal. For example, since the control valve 55 includes an operating lever so that a sailor can manually operate the mooring machine 4, when the operating lever is tilted, an operating signal corresponding to the tilting direction is input to the control device 9. Alternatively, when automatic ship maneuvering is performed, the control device 9 may generate the operation signal by itself.
  • the functionality of the elements disclosed herein may include general purpose processors, special purpose processors, integrated circuits, ASICs (Application Specific Integrated Circuits), conventional circuits configured or programmed to perform the disclosed functions, and/or a combination thereof.
  • Processors are considered processing circuits or circuits because they include transistors and other circuits.
  • a circuit, unit, or means is hardware that performs the recited functions or is hardware that is programmed to perform the recited functions.
  • the hardware may be the hardware disclosed herein or other known hardware that is programmed or configured to perform the recited functions. If the hardware is a processor, which is considered a type of circuit, the circuit, means or unit is a combination of hardware and software, and the software is used to configure the hardware and/or the processor.
  • control device 9 is electrically connected to the torque detector 50 and load cell 60 described above.
  • control device 9 is also electrically connected to the winding layer number detector 70 and two cameras 91 (see FIG. 1).
  • the winding layer number detector 70 detects the winding layer number of the mooring line 10 on the drum 7 .
  • the winding layer number detector 70 converts the position of the outermost circumferential surface of the mooring line 10 wound around the drum 7 into the winding layer number.
  • One camera 91 among the two cameras 91 is an area that includes two mooring machines 4 arranged on the bow side and all the mooring hardware 22 over which the mooring lines 10 extending from these mooring machines 4 may be strung.
  • the other camera 91 photographs an area including the two mooring machines 4 arranged on the stern side and all the mooring hardware 22 over which the mooring lines 10 extending from these mooring machines 4 may be strung. do.
  • the control device 9 determines the portion of each mooring line 10 between the mooring hardware 22 and the mooring post 31 based on the detection results of the torque detector 50, load cell 60, winding layer number detector 70, and the image of the camera 91. Mooring pillar side tension P0, which is tension, is calculated.
  • the control device 9 calculates the drum-side tension P, which is the tension in the portion of each mooring line 10 between the mooring machine 4 and the mooring hardware 22. Specifically, when the band brake 6 is in the open state, the control device 9 operates based on the torque T of the motor 51 detected by the torque detector 50 and the number N of winding layers detected by the winding layer number detector 70. Calculate the drum side tension P. For example, the control device 9 calculates the drum side tension P using the following equation (1).
  • the control device 9 adjusts the drum side tension P based on the band tension F detected by the load cell 60 and the number N of winding layers detected by the winding layer number detector 70. Calculate. For example, the control device 9 calculates the drum side tension P using the following equation (2).
  • control device 9 determines, for each mooring line 10, the tension attenuation rate R due to the mooring line 10 being stretched over the mooring hardware 22.
  • the image of the camera 91 is used to determine this tension attenuation rate R.
  • the control device 9 determines which mooring hardware 22 each mooring line 10 is wrapped around and the winding angle of the mooring line 10 around each mooring hardware 22 from the image taken by the camera 91. Then, the control device 9 calculates an individual attenuation rate Ri for each of the mooring hardware 22 around which each mooring line 10 is stretched. In addition, "i" refers to the number of the mooring hardware 22 around which one mooring line 10 is stretched. For example, the control device 9 calculates the individual attenuation rate Ri using the following equation (3).
  • ⁇ i Friction coefficient regarding the i-th mooring hardware 22
  • ⁇ i Wrapping angle of the mooring line 10 around the i-th mooring hardware 22, that is, the individual damping rate Ri of the i-th mooring hardware 22 uses the friction coefficient ⁇ i and the wrapping angle ⁇ i It is calculated as follows.
  • the friction coefficient ⁇ i is a coefficient depending on the type of the i-th mooring hardware 22 and the type of the mooring line 10 stretched over the i-th mooring hardware 22.
  • the control device 9 stores in advance a friction coefficient table that defines the correspondence between the type of mooring hardware 22 and the type (material and diameter) of the mooring line 10 and the coefficient of friction. Based on the type of mooring line 10 and the image taken by the camera 91, the friction coefficient ⁇ i of the i-th mooring hardware 22 is determined using the friction coefficient table. For example, Table 1 shows a friction coefficient table when the mooring hardware 22 is a chock.
  • the control device 9 determines the individual attenuation rate Ri of the mooring hardware 22 based on the tension attenuation due to the mooring rope 10 being stretched over the mooring hardware 22. The rate is determined as R.
  • the control device 9 multiplies the individual attenuation rates Ri of those mooring hardware 22 and causes the mooring line 10 to multiply those mooring hardware 22 by the multiplication value. It is determined as the tension attenuation rate R due to passing. That is, the control device 9 determines the tension attenuation rate R of the entire mooring line 10 using the following equation (4).
  • n Total number of mooring hardware 22 over which one mooring line 10 is stretched
  • the drum side tension P is converted into the mooring column side tension P0 using the tension attenuation rate R, so the mooring line tension monitoring system 1 of the present embodiment converts the drum side tension P into the mooring column side tension P0 without using an elongation rate sensor.
  • the mooring column side tension P0 of the cable 10 can be detected.
  • the tension attenuation rate R is determined using equation (4), so the tension attenuation rate R of the entire mooring line 10 can be calculated by simply calculating the individual attenuation rate Ri of each mooring hardware 22. be able to.
  • the individual damping rate Ri of each mooring hardware 22 is calculated using the friction coefficient ⁇ i and the wrapping angle ⁇ i, the individual damping rate Ri can be calculated using the same formula.
  • a split drum including a storage drum and a tension drum is used as the drum 7, and when mooring a ship, the mooring line 10 is wound around the tension drum, and the line of action of tension is applied from the center of the drum 7.
  • the radius may be constant. However, in this case, it is necessary to wind the mooring line 10 around the tension drum when mooring the vessel.
  • the number of winding layers of the mooring line 10 on the drum 7 is detected by the winding layer number detector 70, there is no need for special work at the time of mooring, which is required when a split drum is used.
  • the mooring hardware 22 over which the mooring line 10 is stretched may be determined in advance.
  • the camera 91 is not necessary, and the winding angle of the mooring line 10 around each mooring hardware 22 other than the mooring hardware 22 located near the outline of the ship 2 may be stored in advance in the control device 9.
  • the control device 9 determines whether the ship is moored based on the GPS information (latitude and longitude) of the ship 2 and the topographic information of the fixed structure 3 (including the latitude and longitude of the mooring pier 31) stored in the control device 9 in advance.
  • the angle at which the mooring line 10 is wrapped around the mooring hardware 22 located closest to the pillar 31 may be calculated.
  • the present disclosure is a system for monitoring the tension of a mooring line that is stretched over at least one mooring hardware on a ship's hull and whose tip is moored to a mooring post of a fixed structure,
  • a mooring machine including a drum around which a rope is wound, and a drum-side tension that is a tension in a portion of the mooring line between the mooring machine and the at least one mooring hardware,
  • the at least one of the mooring ropes is determined by determining the tension attenuation rate due to the mooring rope being stretched over two mooring hardware, and multiplying the drum side tension by the tension attenuation rate or dividing the drum side tension by the tension attenuation rate.
  • a mooring line tension monitoring system is provided, comprising: a control device that calculates a mooring pole side tension that is a tension in a portion between two mooring hardware and the mooring pole.
  • the drum side tension is converted to the mooring column side tension using the tension attenuation rate, the mooring column side tension of the mooring line can be detected without using an elongation rate sensor.
  • the at least one mooring hardware includes a plurality of mooring hardware
  • the control device calculates an individual attenuation rate for each of the plurality of mooring hardware, and
  • the tension attenuation rate due to the mooring line being stretched across the plurality of mooring hardware may be determined by multiplying the individual attenuation rates of the mooring hardware.
  • the tension attenuation rate of the entire mooring line can be calculated by simply calculating the individual attenuation rate of each mooring hardware.
  • the control device uses a friction coefficient depending on the type of the mooring line and the mooring hardware, and a winding angle of the mooring line with respect to the mooring hardware to perform the individual damping.
  • a rate may also be calculated.
  • the individual attenuation rates can be calculated using the same formula.
  • the control device multiplies the drum side tension by the tension attenuation rate.
  • the mooring post side tension may be calculated by calculating the mooring post side tension, and dividing the drum side tension by the tension attenuation rate when the mooring line is unwound from the drum and when the drum is stopped. good. According to this configuration, by simply switching whether to multiply or divide the drum side tension by the tension attenuation rate, the mooring pole side tension when winding the mooring rope and the mooring pole side tension when the mooring rope is unwinding and when the drum is stopped can be changed. Side tension can be calculated.
  • the mooring machine includes a motor that rotates the drum, a restraint state that prohibits rotation of the drum, and a restraint state that prohibits rotation of the drum, and a state that allows rotation of the drum.
  • the control device includes a band brake that is switched between an open state and a band brake, and the control device calculates the drum side tension based on the torque of the motor when the band brake is in the open state, and when the band brake is in the open state, the control device calculates the drum side tension based on the torque of the motor. When in a restrained state, the drum side tension may be calculated based on the band tension of the band brake.

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Abstract

一実施形態に係る係船索張力監視システム（１）は、船体（２１）上の少なくとも１つの係船金物（２２）に掛け渡されるとともに先端が固定構造物（３）の係船柱（３１）に係止された係船索（１０）の張力を監視するものであり、係船索（１０）が巻き付けられたドラムを含む係船機（４）と、制御装置（９）を含む。制御装置（９）は、係船索（１０）のドラム側張力Ｐを算出するとともに、係船索（１０）が少なくとも１つの係船金物（２２）に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒを決定し、ドラム側張力Ｐに張力減衰率Ｒを乗算するかドラム側張力Ｐを張力減衰率Ｒで除算することで係船索（１０）の係船柱側張力Ｐ０を算出する。

Description

係船索張力監視システム
　本開示は、係船索張力監視システムに関する。
　船舶を岸壁や海上基地などの固定構造物に係留する際には、係船索が船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに係船索の先端が固定構造物の係船柱に係止される。係船索は、船体上に設けられた係船機（ムアリングウインチ）により巻き取られたり巻き出されたりする。
　係船時には、潮位、積載量、風および潮流などにより係船索の張力が変化するため、係船索の張力を監視することが望まれる。例えば、特許文献１には、係船機が、係船索が巻き付けられたドラムと、ドラムの回転を禁止する拘束状態とドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、バンドブレーキが拘束状態にあるときに、バンドブレーキに設けられたロードセルの検出値とドラム上の張力作用半径とから係船索の張力を算出することが記載されている。
　また、特許文献２には、係船索として繊維ロープを用い、その繊維ロープの先端部分に伸長率センサを撚り込み、その伸長率センサの検出値から係船索の張力を算出することが記載されている。
特開２００２－２１１４７８号公報 国際公開第２０２０／１１０９０２号
　特許文献１に記載されたように、バンドブレーキに設けられたロードセルの検出値とドラム上の張力作用半径とから係船索の張力を算出した場合、算出される張力は係船索におけるドラム近傍部分の張力である。上述したように係船索は船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるため、係船索の張力は係船金物の前後で異なる。すなわち、特許文献１に記載された構成では、最も重要である係船索における係船金物と係船柱の間の部分の張力である係船柱側張力を検知することができない。
　これに対し、特許文献２に記載された構成では、係船索の係船柱側張力を検知することができるが、伸長率センサを繊維ロープに撚り込む必要がある。
　そこで、本開示は、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる係船索張力監視システムを提供することを目的とする。
　本開示は、船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、を備える、係船索張力監視システムを提供する。
　本開示によれば、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる係船索張力監視システムが提供される。
一実施形態に係る係船索張力監視システムの概略構成図である。 係船機の正面図である。 バンドブレーキの概略構成図である。
　図１に、一実施形態に係る係船索張力監視システム１を示す。この係船索張力監視システム１は、船舶２が係船索１０によって岸壁や海上基地などの固定構造物３に係留されているときに、係船索１０の張力を監視するものである。
　具体的に、係船索張力監視システム１は、船舶２の船体２１上に設けられた複数の係船機４と、これらの係船機４を制御する制御装置９を含む。各係船機４は、対応する係船索１０の巻き取りおよび巻き出しを行う。本実施形態では、船首側の左舷および右舷ならびに船尾側の左舷および右舷に４つの係船機４が配置されているが、係船機４の数および位置は適宜変更可能である。
　船体２１上には複数の係船金物２２が設けられており、固定構造物３には複数の係船柱３１が設けられている。係船時、各係船索１０が少なくとも１つの係船金物２２に掛け渡されるとともに、係船索１０の先端が係船柱３１に係止される。図１では、全ての係船索１０が２つの係船金物２２に掛け渡されているが、各係船索１０が掛け渡される係船金物２２の数は、１つであっても３つ以上であってもよい。
　係船金物２２は、例えば、スタンドローラ、フェアリーダ、デッキローラ、チョックなどである。係船柱３１は、例えば、ビット、ボラード、クイックリリースフックなどである。係船索１０は、繊維ロープであってもよいし、金属製のワイヤーであってもよい。繊維ロープの材質としては、例えば、ナイロン、超高分子量ポリエチレン（ＨＭＰＥ）などが挙げられる。係船索１０は、先端部分が繊維ロープで構成され、残りの大部分がワイヤーで構成されたものであってもよい。
　図２に示すように、各係船機４は、係船索１０が巻き付けられたドラム７と、ドラム７を回転させるモータ５１を含む。なお、図２では、図面の簡略化のために係船索１０の作図を省略する。ドラム７は、支持台２５により回転可能に支持されている。本実施形態では、モータ５１とドラム７の間に減速機５２が設けられており、減速機５２とドラム７との間にクラッチ５３およびバンドブレーキ６が設けられている。つまり、モータ５１は、減速機５２およびクラッチ５３を介してドラム７を回転させる。
　モータ５１は、係船索１０がドラム７に巻き取られる第１方向と、係船索１０がドラム７から巻き出される第２方向に回転する。本実施形態では、モータ５１が油圧モータであり、制御弁５５を介して油圧モータに対する作動油の供給および排出が行われる。制御弁５５が制御装置９によって制御されることで、モータ５１の停止、第１方向への回転および第２方向への回転が切り換えられる。ただし、モータ５１が電動モータであり、制御装置９によって直接的に制御されてもよい。
　また、モータ５１には、当該モータ５１のトルクを検出するトルク検出器５０が設けられている。本実施形態では、モータ５１が油圧モータであるので、トルク検出器５０として、油圧モータに供給される作動油の流入圧を計測する圧力センサが用いられ、圧力センサで計測された流入圧がモータ５１のトルクに換算される。ただし、圧力センサに代えて、モータ５１のトルクを直接的に計測するトルクセンサが採用されてもよい。あるいは、モータ５１が電動モータである場合は、電動モータに流れる電流がトルクに換算されてもよい。
　クラッチ５３は、ドラム７を減速機５２と連結する嵌状態と、ドラム７を減速機５２から切り離す脱状態との間で切り換えられる。本実施形態では、クラッチ５３が油圧シリンダを含む。この油圧シリンダは電磁弁８１と接続されており、電磁弁８１が制御装置９によって制御されることで、クラッチ５３が嵌状態から脱状態へまたはそれとは逆に切り換えらえる。ただし、クラッチ５３が油圧シリンダの代わりに電動シリンダを含み、その電動シリンダが制御装置９によって直接的に制御されてもよい。
　バンドブレーキ６は、ドラム７の回転を禁止する拘束状態と、ドラム７の回転を許容する開放状態との間で切り換えられる。本実施形態では、図３に示すように、バンドブレーキ６が油圧シリンダ６６を含む。この油圧シリンダ６６は電磁弁８２（図２参照）と接続されており、電磁弁８２が制御装置９によって制御されることで、バンドブレーキ６が拘束状態から開放状態へまたはそれとは逆に切り換えらえる。ただし、バンドブレーキ６が油圧シリンダ６６の代わりに電動シリンダを含み、その電動シリンダが制御装置９によって直接的に制御されてもよい。
　より詳しくは、バンドブレーキ６は、ドラム７と共に回転するブレーキドラム６１と、このブレーキドラム６１に沿う円弧状の一対のバンド６２，６３を含む。バンド６２，６３の一端同士はピン６４を介して連結されており、バンド６２，６３の他端がリンク機構６５を介して上述した油圧シリンダ６６に接続されている。油圧シリンダ６６がリンク機構６５を介してバンド６２，６３の他端同士を互いに遠ざけると、バンド６２，６３とブレーキドラム６１との間に僅かな隙間が形成され、バンドブレーキ６が開放状態となる。逆に、油圧シリンダ６６がリンク機構６５を介してバンド６２，６３の他端同士を互いに近づけると、バンド６２，６３がブレーキドラム６１を締め付け、バンドブレーキ６が拘束状態となる。
　バンドブレーキ６には、拘束状態でバンド６２，６３に作用するバンド張力Ｆを検出するロードセル６０が設けられている。本実施形態では、ピン型のロードセル６０が採用されている。リンク機構６５はテンションバー６７を含み、このテンションバー６７が、船体２１上に設けられたブラケット２３とロードセル６０を介して連結されている。
　制御装置９には係船機４ごとに操作信号が入力される。制御装置９は、入力される操作信号に基づいて、対応する係船機４の制御弁５５および電磁弁８１，８２を制御する。例えば、制御弁５５は船員が係船機４を手動で操作できるように操作レバーを含むため、操作レバーが傾倒されたときにその傾倒方向に応じた操作信号が制御装置９へ入力される。あるいは、自動操船が行われる場合は、制御装置９が自ら操作信号を生成してもよい。
　制御装置９に関し、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。
　さらに、制御装置９は、上述したトルク検出器５０およびロードセル６０と電気的に接続されている。本実施形態では、制御装置９が、巻層数検出器７０および２つのカメラ９１（図１参照）とも電気的に接続されている。巻層数検出器７０は、ドラム７上の係船索１０の巻層数を検出する。例えば、巻層数検出器７０は、ドラム７に巻き付けられた係船索１０の最外周面の位置を巻層数に換算する。
　２つのカメラ９１のうち一方のカメラ９１は、船首側に配置された２つの係船機４およびこれらの係船機４から延びる係船索１０が掛け渡される可能性のある全ての係船金物２２を含む領域を撮影し、他方のカメラ９１は、船尾側に配置された２つの係船機４およびこれらの係船機４から延びる係船索１０が掛け渡される可能性のある全ての係船金物２２を含む領域を撮影する。
　制御装置９は、トルク検出器５０、ロードセル６０および巻層数検出器７０の検出結果、ならびにカメラ９１の映像に基づいて、各係船索１０における係船金物２２と係船柱３１との間の部分の張力である係船柱側張力Ｐ０を算出する。
　まず、制御装置９は、各係船索１０における係船機４と係船金物２２との間の部分の張力であるドラム側張力Ｐを算出する。具体的に、制御装置９は、バンドブレーキ６が開放状態にあるときは、トルク検出器５０で検出されるモータ５１のトルクＴおよび巻層数検出器７０で検出される巻層数Ｎに基づいてドラム側張力Ｐを算出する。例えば、制御装置９は、以下の式（１）を使用してドラム側張力Ｐを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　ｒ：減速機５２の減速比［－］
　　　ηＷ：係船機４の機械効率［－］
　　　ｄＲ：係船索１０の直径「ｍｍ」
　　　ｄＤ：ドラム７の直径［ｍｍ］
　逆に、バンドブレーキ６が拘束状態にあるときは、制御装置９は、ロードセル６０で検出されるバンド張力Ｆおよび巻層数検出器７０で検出される巻層数Ｎに基づいてドラム側張力Ｐを算出する。例えば、制御装置９は、以下の式（２）を使用してドラム側張力Ｐを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　　Ｌ：ドラム７の中心からロードセル６０までの水平距離［ｍｍ］
　次に、制御装置９は、係船索１０ごとに、当該係船索１０が係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒを決定する。この張力減衰率Ｒの決定に、カメラ９１の映像が使用される。
　制御装置９は、カメラ９１で撮影された映像から、各係船索１０がどの係船金物２２に掛け渡されているかと、各係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度を判定する。そして、制御装置９は、各係船索１０が掛け渡された係船金物２２のそれぞれに対して個別減衰率Ｒｉを算出する。なお、「ｉ」は、１つの係船索１０が掛け渡された係船金物２２の番号を指す。例えば、制御装置９は、以下の式（３）を使用して個別減衰率Ｒｉを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　　　μｉ：ｉ番目の係船金物２２に関する摩擦係数
　　　θｉ：ｉ番目の係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度
つまり、ｉ番目の係船金物２２の個別減衰率Ｒｉは、摩擦係数μｉおよび巻き付け角度θｉを使用して算出される。
　摩擦係数μｉは、ｉ番目の係船金物２２の種類およびｉ番目の係船金物２２に掛け渡された係船索１０の種類に応じた係数である。制御装置９には、係船金物２２の種類および係船索１０の種類（材質および直径）と摩擦係数との対応関係を規定した摩擦係数テーブルが予め格納されており、制御装置９は、予め格納された係船索１０の種類およびカメラ９１の映像に基づき、その摩擦係数テーブルを使用してｉ番目の係船金物２２の摩擦係数μｉを決定する。例えば、係船金物２２がチョックである場合の摩擦係数テーブルは表１の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　制御装置９は、係船索１０が掛け渡される係船金物２２が１つである場合は、その係船金物２２の個別減衰率Ｒｉを、係船索１０がその係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒとして決定する。係船索１０が掛け渡される係船金物２２が複数である場合、制御装置９は、それらの係船金物２２の個別減衰率Ｒｉを乗算し、その乗算値を係船索１０がそれらの係船金物２２に掛け渡されることによる張力減衰率Ｒとして決定する。つまり、制御装置９は、以下の式（４）を使用して係船索１０全体の張力減衰率Ｒを決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　　　ｎ：１つの係船索１０が掛け渡される係船金物２２の総数
　その後、制御装置９は、ドラム７への係船索１０の巻き取り時には、ドラム側張力Ｐに張力減衰率Ｒを乗算することで係船柱側張力Ｐ０を算出し（Ｐ０＝Ｐ×Ｒ）、ドラム７からの係船索１０の巻き出し時およびドラム７の停止時には、ドラム側張力Ｐを張力減衰率Ｒで除算することで係船柱側張力Ｐ０を算出する（Ｐ０＝Ｐ÷Ｒ）。このため、ドラム側張力Ｐに対して張力減衰率Ｒを乗算するか除算するかを切り換えるだけで、係船索巻き取り時の係船柱側張力Ｐ０と係船索巻き出し時およびドラム停止時の係船柱側張力Ｐ０を算出することができる。
　以上説明したように、本実施形態の係船索張力監視システム１では、張力減衰率Ｒを使用してドラム側張力Ｐが係船柱側張力Ｐ０に換算されるので、伸長率センサを用いることなく係船索１０の係船柱側張力Ｐ０を検知することができる。
　しかも、本実施形態では式（４）を使用して張力減衰率Ｒが決定されるので、各係船金物２２の個別減衰率Ｒｉを算出するだけで係船索１０全体の張力減衰率Ｒを算出することができる。
　さらには、各係船金物２２の個別減衰率Ｒｉが摩擦係数μｉおよび巻き付け角度θｉを使用して算出されるので、同じ数式を用いて個別減衰率Ｒｉを算出することができる。
　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、巻層数検出器７０を用いる代わりに、ドラム７としてストレージドラムとテンションドラムを含むスプリットドラムが用いられ、係船時にはテンションドラムに係船索１０が巻き付けられてドラム７の中心から張力の作用線までの半径が一定とされもよい。しかし、この場合には、係船時に係船索１０をテンションドラムに巻き付ける作業が必要である。これに対し、巻層数検出器７０によりドラム７上の係船索１０の巻層数が検出されれば、スプリットドラムを用いた場合のような係船時の特別な作業が不要である。
　また、船舶２によっては、係船索１０が掛け渡される係船金物２２が予め決まっていることがある。この場合、カメラ９１は不要であり、制御装置９に、船舶２の輪郭近くに位置する係船金物２２以外の各係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度が予め格納されてもよい。
　また、船舶２の輪郭近くに位置する係船金物２２、換言すれば係船索１０が掛け渡される係船金物２２のうちで係船柱３１の最も近くに位置する係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度に関しては、制御装置９が、船舶２のＧＰＳ情報（緯度および経度）、ならびに予め制御装置９に格納された固定構造物３の地形情報（係船柱３１の緯度および経度を含む）に基づいて、係船柱３１の最も近くに位置する係船金物２２に対する係船索１０の巻き付け角度を算出してもよい。
　（まとめ）
　第１の態様として、本開示は、船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、を備える、係船索張力監視システムを提供する。
　上記の構成によれば、張力減衰率を使用してドラム側張力が係船柱側張力に換算されるので、伸長率センサを用いることなく係船索の係船柱側張力を検知することができる。
　第２の態様として、第１の態様において、前記少なくとも１つの係船金物は複数の係船金物を含み、前記制御装置は、前記複数の係船金物のそれぞれに対して個別減衰率を算出し、前記複数の係船金物の前記個別減衰率を乗算することで、前記係船索が前記複数の係船金物に掛け渡されることによる前記張力減衰率を決定してもよい。この構成によれば、各係船金物の個別減衰率を算出するだけで係船索全体の張力減衰率を算出することができる。
　第３の態様として、第２の態様において、前記制御装置は、前記係船索および前記係船金物の種類に応じた摩擦係数と、前記係船金物に対する前記係船索の巻き付け角度を使用して前記個別減衰率を算出してもよい。この構成によれば、同じ数式を用いて個別減衰率を算出することができる。
　第４の態様として、第１乃至第３の態様の何れかにおいて、前記制御装置は、前記ドラムへの前記係船索の巻き取り時、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算することで前記係船柱側張力を算出し、前記ドラムからの前記係船索の巻き出し時および前記ドラムの停止時、前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船柱側張力を算出してもよい。この構成によれば、ドラム側張力に対して張力減衰率を乗算するか除算するかを切り換えるだけで、係船索巻き取り時の係船柱側張力と係船索巻き出し時およびドラム停止時の係船柱側張力を算出することができる。
　第５の態様として、第１乃至第４の態様の何れかにおいて、例えば、前記係船機は、前記ドラムを回転させるモータと、前記ドラムの回転を禁止する拘束状態と前記ドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、前記制御装置は、前記バンドブレーキが前記開放状態にあるときは、前記モータのトルクに基づいて前記ドラム側張力を算出し、前記バンドブレーキが前記拘束状態にあるときは、前記バンドブレーキのバンド張力に基づいて前記ドラム側張力を算出してもよい。
 

Claims (5)

  1. 　船体上の少なくとも１つの係船金物に掛け渡されるとともに先端が固定構造物の係船柱に係止された係船索の張力を監視するシステムであって、
    　前記係船索が巻き付けられたドラムを含む係船機と、
    　前記係船索における前記係船機と前記少なくとも１つの係船金物との間の部分の張力であるドラム側張力を算出するとともに、前記係船索が前記少なくとも１つの係船金物に掛け渡されることによる張力減衰率を決定し、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算するか前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船索における前記少なくとも１つの係船金物と前記係船柱との間の部分の張力である係船柱側張力を算出する制御装置と、
    を備える、係船索張力監視システム。
  2. 　前記少なくとも１つの係船金物は複数の係船金物を含み、
    　前記制御装置は、前記複数の係船金物のそれぞれに対して個別減衰率を算出し、前記複数の係船金物の前記個別減衰率を乗算することで、前記係船索が前記複数の係船金物に掛け渡されることによる前記張力減衰率を決定する、請求項１に記載の係船索張力監視システム。
  3. 　前記制御装置は、前記係船索および前記係船金物の種類に応じた摩擦係数と、前記係船金物に対する前記係船索の巻き付け角度を使用して前記個別減衰率を算出する、請求項２に記載の係船索張力監視システム。
  4. 　前記制御装置は、前記ドラムへの前記係船索の巻き取り時、前記ドラム側張力に前記張力減衰率を乗算することで前記係船柱側張力を算出し、前記ドラムからの前記係船索の巻き出し時および前記ドラムの停止時、前記ドラム側張力を前記張力減衰率で除算することで前記係船柱側張力を算出する、請求項１～３の何れか一項に記載の係船索張力監視システム。
  5. 　前記係船機は、前記ドラムを回転させるモータと、前記ドラムの回転を禁止する拘束状態と前記ドラムの回転を許容する開放状態との間で切り換えられるバンドブレーキを含み、
    　前記制御装置は、前記バンドブレーキが前記開放状態にあるときは、前記モータのトルクに基づいて前記ドラム側張力を算出し、前記バンドブレーキが前記拘束状態にあるときは、前記バンドブレーキのバンド張力に基づいて前記ドラム側張力を算出する、請求項１～３の何れか一項に記載の係船索張力監視システム。
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