JP2006151565A - クレーン、その改造方法及びクレーンの免震方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設のクレーンの改造を最小限に止めて、安価で改造工程を短縮することのできる免震装置を備えたクレーン及びその免震方法を提供する。
【解決手段】 クレーン本体１と、クレーン本体１をレールに沿って走行させるための走行装置１０とを備え、走行装置１０の台車１１と上部イコライザビーム１６との間に免震装置２０を設けた。また、クレーン本体１をジャッキアップする工程と、クレーン本体１から走行装置を取り外す工程と、上記の免震装置２０を備えた走行装置１０をクレーン本体１に取付ける工程と、クレーン本体１を下降させる工程とによりクレーンを改造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震などに起因する脱輪等を防止するたの免震装置を備えたクレーン、その改造方法及びクレーンの免震方法に関すものである。なお、本発明におけるクレーンとは、橋型クレーン、門型コンテナクレーン等の大型クレーンを含むがこれに限定するものではなく、免震装置が必要とされるクレーンであれば、これに該当する。

一般に大型のコンテナクレーンやアンローダ等では、図９、図１０に示すように、門型に形成されたクレーン本体１が、その下端の四隅部に設けられた走行装置１０により、２条のレール２ａ，２ｂに沿って走行できるようになっている。

このような門型のクレーン本体１を有する走行式クレーンにおいては、地震等の震動によって、走行方向と直角方向のラジアル荷重Ｒと共に、走行方向と直角方向の転倒モーメントＭ、水平面内の旋回ねじり荷重Ｓ、及び鉛直方向の衝撃的なアキシャル荷重Ａが加わるようになる。また、大型のクレーン本体１を有する場合、重心位置が高く固有周期が長くなるため、地震時の震動によるクレーン本体１の走行方向と直角方向への変位量も大きくなる。
このような地震時の震動のクレーン本体１への影響を緩和するために、クレーン本体１と走行装置１０との間に免震装置が設けられている。この免震装置は、走行装置１０とクレーン本体１との間に、走行装置１０の走行方向と直角方向にクレーン本体１が作動するような機構として取付けられている（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、免震装置は走行装置１０とクレーン本体１との間に取付けられるが、その作動方向は鉛直方向であり、さらに海側（図９参照）には免震装置を設けることなく、陸側の２か所の走行装置１０に対して免震装置を設置すればよいとしたものがある。その原理は、クレーン本体１に走行方向と直角方向に地震時の震動が作用した場合、その震動をクレーン本体１の海側のレールを回転中心とした回転運動に変えることで、走行方向と直角方向の震動に対して弱いという橋型クレーンの弱点を克服するようにしたものである（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００２−２１１８８１号公報 特開２００３−１８２９７５号公報 （社）日本機械学会 論文集（Ｃ編）６９巻 ６８６号 ２００３年１０月号（第５６頁−第６３頁）

前述のように、従来のクレーンの免震装置は、いずれも新規に製作する場合は、問題なく所期の性能を発揮するように設計されて取付けられるが、既設のクレーンに対してこのような免震機能を追加するような改造においては、クレーン本体と走行装置に対して大掛りな改造が必要となるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、既設のクレーンの改造を最小限に止めて、安価で改造工程を短縮することのできる免震装置を備えたクレーン及びその免震方法を提供することを目的としたものである。なお、本発明は、クレーンを新たに製作する場合においても、その設計の自由度を高めることができるという点で有効である。

（１）本発明に係るクレーンは、クレーン本体と、該クレーン本体をレールに沿って走行させるための走行装置とを備え、該走行装置の台車と上部イコライザビームとの間に免震装置を設けたものである。

（２）また、本発明に係るクレーンは、クレーン本体と、該クレーン本体をレールに沿って走行させるための走行装置と、該走行装置と前記クレーン本体との間に設けられた免震装置とを備え、前記走行装置の台車と上部イコライザビームとの間に免震装置を設けたものである。

（３） 本発明に係るクレーンは、上記（１）又は（２）の免震装置を、上部イコライザビームと下部イコライザビームとの間に設けられた油圧シリンダ及び油圧回路からなる油圧機構と、上部が前記上部イコライザビームに固定され下部が前記下部イコライザビームに設けたガイド穴に挿入された可動軸と、前記上部イコライザビームと下部イコライザビームとの間において前記可動軸に介装されたばねとによって構成し、前記油圧機構とばねとによりばね作用と減衰特性を機能させるようにしたものである。

（４）上記（３）の油圧回路は、前記油圧シリンダの油圧の変化を検出する油圧センサ及び／又は地震計と、トリガー装置を有し前記油圧センサ及び／又は地震計からの信号に対応して作動するシャットオフバルブと、油圧を減衰させるための緩衝手段と、作動油を供給する油圧ポンプ及びアキュムレータとを備え、鉛直方向の荷重に対抗させるように構成したものである。

（５）上記（４）の油圧を減衰させるための緩衝手段に、リリーフバルブ又は絞りバルブを用いた。

（６）本発明に係るクレーンの改造方法は、クレーン本体をジャッキアップする工程と、前記クレーン本体から走行装置を取り外す工程と、上記（１）〜（５）のいずれかの免震装置を備えた走行装置を前記クレーン本体に取り付ける工程と、前記クレーン本体を下降させる工程とからなものである。

（７）本発明に係るクレーンの免震方法は、走行装置に設けた上記（１）〜（６）のいずれかの免震装置によりクレーンの免震を行うようにしたものである。

本発明は、走行装置に油圧機構からなる免震装置を設けたので、既設のクレーンの改造にあたって、クレーン本体と走行装置との接合部を改造することなく免震装置を追加することができるので、安価で改造工程を短縮することができる。
また、本発明に係る免震装置を採用することにより、新規に製造するクレーンについての設計の自由度を拡大できるため、従来の免震装置では発想し得なかった設計の可能性を高めることができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るクレーンの一方の側（例えば、図９の陸側）のクレーン本体と走行装置の要部を示す模式図である。
図において、１はクレーン本体、１０はクレーン本体１の下部に連結され、レール２ｂ上を走行する走行装置である。

走行装置１０は、レール２ｂ上を走行する２個の車輪１４を備えた４台のトラック１３、隣接する２台のトラック１３が軸１５により揺動可能に連結された２台の下部イコライザビーム１２とからなる台車１１と、免震装置２０を介して台車１１（２台の下部イコライザビーム１２）に連結された上部イコライザビーム１６とからなり、上部イコライザビーム１６は軸１７によりクレーン本体１の下部に揺動可能に連結されている。

このような免震装置２０を備えた走行装置２０は、クレーン本体１の走行方向の一方の側（例えば、図９の陸側）に２組設けられており、他方の側（例えば、図９の海側）には、免震装置２０が介在せず、下部イコライザビーム１２が直接上部イコライザビーム１６に連結された走行装置が設けられている。なお、門型クレーンや橋クレーンの走行装置は、車輪数やその組合せにおいて、上述のような構造と異なるものがあるが、下部イコライザビームと上部イコライザビームとの間に免震装置２０を設置することは可能である。

図２、図３、図４及び図５は免震装置２０の一例を示す説明図である。この免震装置２０は、下部イコライザビーム１２と上部イコライザビーム１６との間に介装されて、両者を所定の位置に保持（固定）可能な２基の油圧シリンダ３１ａ，３１ｂ（図２）、及びこの油圧シリンダ３１ａ，３１ｂを制御する油圧回路３５からなる油圧機構３０（図４）と、この油圧機構３０を制御する制御部４５（図５）とを備えている。

図２において、２１は軸２２により下部イコライザビーム１２の上部に装着された断面ほぼコ字状のガイドブラケットで、天板は厚板によりほぼ凸字状に形成されており、中央部の鉛直方向にはガイド穴２３が貫設されている。２４は上端部が上部イコライザビーム１６の下面に固定された可動軸で、下部はガイドブラケット２１のガイド穴２３に上下に摺動可能に挿入されている。２５はガイドブラケット２１と上部イコライザビーム１６との間において、可動軸２４に介装されたコイル状のばねで、上部イコライザビーム１６を支持すると共に、油圧機構３０とにより減衰機能を発揮する。

３１ａ，３１ｂ（以下、単に３１と記すことがある）は、上部イコライザビーム１６の両側の鉛直方向に取付けられた油圧機構３０を構成する一対の油圧シリンダで、上部イコライザビーム１６の両側に設けたブラケット２８ａ，２８ｂに軸２９により取付けられており、そのロッド３２ａ，３２ｂはガイドブラケット２１の両側に設けたブラケット２６ａ，２６ｂに軸２７により連結されている。
この場合、ガイドブラケット２１を省略し、下部イコライザビーム１２の天板にガイド穴２３を設けると共に、両側にブラケット２６ａ，２６ｂを設けてもよい。なお、上記の油圧シリンダ３１ａ，３１ｂは、一方のレール（例えば、図９の陸側のレール２ｂ）上を走行する２台の走行装置１０にそれぞれ４基、合計８基が設けられている。

油圧機構３０を構成する油圧回路３５は、図４に示すように、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂのピストン３３の両側のシリンダ室に接続された管路Ｐａ，Ｐｂには、常時は開放された緊急用の手動ストップバルブ３６ａ，３６ｂ、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂのピストン３３の差動によりシリンダ室内に発生する油圧の変化を検出する圧力センサ３７ａ，３７ｂ（以下、単に３７と記すことがある）が設けられている。また、トリガー装置を構成するソレノイド４０ａ，４０ｂ（以下、トリガー装置４０と記すことがある）を備え、常時は閉止されているシャットオフバルブ３９ａ，３９ｂ、及びその下流側において油圧を減衰する緩衝手段であるリリーフバルブ４１ａ，４１ｂがそれぞれ設けられている。なお、シャットオフバルブ３９ａ，３９ｂにトリガー装置４０として地震計４８（図５参照）を設けることがある。

３８ａ，３８ｂ，３８ｃは作動油供給用の手動ポンプである。なお、手動ポンプ３８ａ〜３８ｃは、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂの中立位置設定用としても機能する。４２ａ，４２ｂはリリーフバルブ４１ａ，４１ｂと手動ポンプ３８ｂ，３８ｃとの間に設けられた圧力計、４３ａ，４３ｂは同じくアキュムレータで、油圧回路３５に作動油を供給すると共に、油圧機構３０に鉛直方向のばね特性を付与する。

図５は免震装置２０の制御部の説明図である。
制御部４５において、４６は中央演算装置を構成する演算回路（ＣＰＵ）で、圧力センサ３７、風力計４７及び地震計４８からの信号が入力されて演算し、演算結果に基づいてトリガー装置４０に制御信号を出力する。４９は無停電電源装置、５０はトリガー装置４０の開放値設定部である。５１ａはリセットスイッチ、５１ｂは暴風時開放禁止スイッチ５１ｃは手動開放スイッチである。５２ａは開放値表示器、５２ｂは暴風時ロック表示器、５２ｃは開放表示器、５２ｄはトリガ回路電源ＯＮ表示器、５２ｅは風力表示器で、これら表示器はＬＥＤにより表示される。

次に、上記のように構成した免震装置２０の作用を説明する。
油圧シリンダ３１ａ，３１ｂは、通常時は上部イコライザビーム１６（したがってクレーン本体１）を台車１１上の所定の位置に拘束（固定）し、ばね２５と油圧機構３０とにより上部構造物の鉛直方向の荷重に対抗して、免震装置２０が作動しないようになっている。
そして、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂのピストン３３の作動によりシリンダ室に発生する油圧は、荷重信号として常時圧力センサ３７ａ，３７ｂにより検知されて制御部４５に送られている。地震時に地震荷重により油圧シリンダ３１ａ，３１ｂの油圧が変化して、その検出値が開放設定部５０で設定された設定値を超えると、制御部４５はトリガー装置４０に制御信号を送り、シャットオフバルブ３９を開放する。

これにより、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂによる台車１１と上部イコライザビーム１２との拘束（固定）が、８基の油圧シリンダ３１ａ，３１ｂについて一斉に解除され、免震装置２０が作動する。
本発明においては、８個の圧力センサ３７のうち、１個でも荷重信号が設定値を超えれば、すべての免震装置２０が作動するようになっている。このとき、リリーフバルブ４１ａ，４１ｂは、シャットオフバルブ３９ａ，３９ｂの下流側において、油圧の減衰を行う緩衝装置としてダンパ機能を発揮し、油圧機構３０の設備を保護する。なお、緩衝手段とて、リリーフバルブ４１ａ，４１ｂに代えて絞りバルブを設けてもよく、同様の効果が得られる。

上記のような免震装置２０において、地震計４８（図５）が設定値以上の地震荷重を検出した場合もシャットオフバルブ３９ａ，３９ｂが解除され、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂが上部イコライザビーム１６と台車１１との拘束（固定）を解除し、免震装置２０が作動するようになっている。なお、暴風時には免震装置２０を拘束（固定）する必要があるので、風力計４７（図５）により暴風時であることを風力信号として制御部４５に取り込み、トリガー装置４０を開放しないシーケーンス制御が取り入れられている。

次に、本発明のトリガー装置４０の開閉作用につき、実施例によってさらに詳細に説明する。
図６は圧力センサ３７を用いた場合のトリガー装置４０の作動フロー図である。通常時は、前述のように油圧シリンダ３１ａ，３１ｂにより上部イコライザビーム１６（クレーン本体１）と台車１１（下部イコライザビーム１２）とは拘束（固定）されており、制御部４５に各圧力センサ３７からの荷重信号が入力され、その最大値が演算される（ステップＳ１）。そして、荷重信号が設定値を超えているかどうかを判断し、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂ、換言すればトリガー装置４０を開放するか否かを判断する（ステップＳ２）。

そして、トリガー装置４０を開放するとの判断（ＹＥＳ）であれば、制御部４５に風力計４７からの風力信号を入力し、風力信号の平均値を演算して（ステップＳ３）、風力が暴風時のそれに該当するかどうかを判断する（ステップＳ４）。暴風時の風力でなければ（ＮＯ）、トリガー装置４０に制御信号を出力してトリガー装置４０を開放し（ステップＳ５）、免震装置２０を作動させる。暴風時の風力であれば（ＹＥＳ）、トリガー装置４０を開放せず、免震装置２０を作動させない。

図７は地震計４８を用いた場合のトリガー装置４０の作動フロー図である。通常時は、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂにより上部イコライザビーム１６と台車１１とは拘束（固定）されている。制御部４５は地震計４８からの信号を入力し、荷重信号が開放設定部５０で設定した設定値を超えているかどうかを判断し（ステップＳ１１）、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂ、換言すればトリガー装置４０を開放するか否かを判断する（ステップＳ１２）。地震計４８を複数設けた場合は、制御部４５はその最大値について演算する。

トリガー装置４０を開放するとの判断（ＹＥＳ）であれば、制御部４５に風力計４７からの風力信号を入力し、風力信号の平均値を演算して（ステップＳ１３）、風力が暴風時のそれに該当するかどうかを判断する（ステップＳ１４）。暴風時の風力でなければ（ＮＯ）、トリガー装置４０に制御信号を出力してトリガー装置４０を開放し（ステップＳ１５）、免震装置２０を作動させる。暴風時の風力であれば（ＹＥＳ）トリガー装置４０を開放せず、免震装置２０を作動させない。

なお、実施例１又は２では、圧力センサ３７の荷重信号又は地震計４８の荷重信号が設定値を超え、かつ暴風時でないときは免震装置２０を作動させる場合について説明したが、免震装置２０に圧力センサ３７と地震計４８の両者を設け、圧力センサ３７の荷重信号と地震計４８の荷重信号のそれぞれの最大値を演算し、そのうち１つでも設定値を超え、かつ暴風時でない場合は免震装置２０を作動させるようにしてもよい。

また、非特許文献１に記載されたセミアクティブ制御をそのまま本発明に適用することも可能であり、油圧シリンダ３１ａ，３１ｂの減衰を２段以上に切替制御することにより、各種地震波や走行方向に発生する地震にも有効に対応することができるようになる。

上記の説明では、岸壁に設置したクレーンの陸側の走行装置１０に免震装置２０を設けた場合を示したが、クレーンの設置場所はこれに限定するものではなく、また、免震装置２０は、２条のレール２ａ，２ｂ上を走行する走行装置１０のいずれか一方の走行装置１０に設ければよい。

また、免震装置２０において、下部イコライザビーム１２と上部イコライザビーム１６の両側にそれぞれ１基、合計２基の油圧シリンダ３１ａ，３１ｂを設けた場合を示したが、図３に示すように、下部イコライザビーム１２と上部イコライザビーム１６のいずれか一方の側に１基の油圧シリンダ３１を設けてもよい。このように構成しても前述の場合とほぼ同様の作用、効果を得ることができる。

さらに、油圧機構３０において、２基の油圧シリンダ３１ａ，３１ｂのシリンダ室のピストン３３の両側の油圧の変化（差圧）を、圧力センサ３７ａ，３７ｂでそれぞれ検出する場合を示したが、図８に示すように、ピストン３３の一方の側のシリンダ室の油圧の変化を油圧センサ３７で検出するようにしてもよい。なお、図には、リリーフバルブに代えて、絞りバルブ４４を設けた場合を示してある。このように構成することにより、他方の側の手動ストップバルブ３６ｂ、圧力センサ３７ｂ、シャットオフバルブ３９ｂ及びソレノイド４０ａ、リリーフバルブ４１ｂ、圧力計４２ｂ、アキュムレータ４３ｂを省略することができる。
本例においても、図４の油圧機構３０の場合とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

［実施の形態２］
本実施の形態は、既設のクレーンの改造方法に関するものである。なお、説明にあたっては、図１、図９、図１０を参照する。
免震装置が設けられていない既設のクレーンを改造して、本発明に係る免震装置２０を設ける場合は、先ず、クレーン本体１をジャッキアップし、一方のレール上の走行装置の上部イコライザビーム１６をクレーン本体１から取り外して、レール上を移動させる。次に、本発明に係る免震装置２０を備えた走行装置１０をレール上に設置してクレーン本体１の下まで移動し、その上部イコライザビーム１６を軸１７によりクレーン本体１に連結する。そして、クレーン本体１を下降させる。このようにして、一方のレール上の走行装置１０を順次交換することにより、免震装置２０を備えたクレーンに改造することができる。

また、クレーン本体１と走行装置１０との間に免震装置が設けられた既設のクレーンに、本発明に係る免震装置２０を追加する場合は、先ず、既設の免震装置の上部イコライザビーム１６への固定を取り外したのち、上記の場合と同様に走行装置を取り外して本発明に係る免震装置２０を備えた走行装置１０をクレーン本体１の下に位置させ、クレーン本体１を下降させたのち、既設の免震装置を上部イコライザビーム１６に固定すればよい。

本実施の形態によれば、クレーン本体１と走行装置１０との接合部を改造することなく免震装置２０を追加することができるので、短かい工期と少ない費用でクレーンを改造することができる。

本発明の実施の形態１に係るクレーンの一方の側のクレーン本体と走行装置の要部を示す模式図である。 図１の免震装置の一例の説明図である。 図１の免震装置の他の例の説明図である。 図１の免震装置の油圧機構の説明図である。 図１の免震装置の制御部の説明図である。 図４、図５のトリガー装置の実施例の作動フロー図である。 図４、図５のトリガー装置の他の実施例の作動フロー図である。 油圧機構の他の例の説明図である。 クレーンの一例の説明図である。 図９の側面図である。

符号の説明

１ クレーン本体、２ａ，２ｂ レール、１０ 走行装置、１１ 台車、１２ 下部イコライザビーム、１６ 上部イコライザビーム、２０ 免震装置、２３ ガイド穴、２４ 可動軸、２５ ばね、３０ 油圧機構、３１ａ，３１ｂ 油圧シリンダ、３５ 油圧回路、３７ａ，３７ｂ 油圧センサ、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ 手動ポンプ、３９ａ，３９ｂ シャットオフバルブ、４０ トリガー装置、４１ａ，４１ｂ リリーフバルブ、４３ａ，４３ｂ アキュムレータ、４４ 絞り弁、４５ 制御部、４６ 演算回路、４７ 風力計、４８ 地震計、５０ 開放値設定部。

Claims (4)

1. クレーン本体と、該クレーン本体をレールに沿って走行させるための走行装置とを備え、
   該走行装置の台車と上部イコライザビームとの間に免震装置を設けたことを特徴とするクレーン。
2. クレーン本体と、該クレーン本体をレールに沿って走行させる走行装置と、該走行装置と前記クレーン本体との間に設けられた免震装置とを備え、
   前記走行装置の台車と上部イコライザビームとの間に免震装置を設けたことを特徴とするクレーン。
3. クレーン本体をジャッキアップする工程と、前記クレーン本体から走行装置を取り外す工程と、請求項１又は２の免震装置を備えた走行装置を前記クレーン本体に取付ける工程と、前記クレーン本体を下降させる工程とからなることを特徴とするクレーンの改造方法。
4. 走行装置に設けた請求項１〜３のいずれかの免震装置により免震を行うことを特徴とするクレーンの免震方法。
   

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