JPH0358996B2

JPH0358996B2 -

Info

Publication number: JPH0358996B2
Application number: JP8016983A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Ogata; Naoki Mitsuyanagi; Ryuji Takada
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1983-05-10
Filing date: 1983-05-10
Publication date: 1991-09-09
Also published as: JPS59207395A

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有するク
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に旋回可能に取付けられた
上部旋回体、３はフートピン４により上部旋回体
２に俯抑可能に取付けられたジブ、５は俯抑ロー
プ、６は俯抑ドラム、７はジブ３の先端に配置さ
れたトツプシーブ、８はトツプシーブ７のアクス
ル、９はガイドシーブ、１０はトツプシーブ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
たフツク、１３はフツク１２に吊下げられた荷、
１４は三点ローラ式の吊荷重検出装置、２０はジ
ブ３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１
０に張力Ｔが発生し、シーブ１６を第２図紙面上
方に押上げる力が作用する。この力をロードセル
１８によつて検出し、その検出値から張力Ｔを演
算し、その張力にロープ掛数を乗じて吊荷重を求
める。一方、ジブ３の傾斜角によりフートピン４
から吊荷重の作用線（鉛直線）までの長さを求め
る。そして、吊荷重と上記長さとを乗ずることに
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の検出精度を向上させる
ためには、シーブ１６の中心線と巻取ロープ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の損傷が激しい。また、巻取ロープ１０
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）を正確に検出すること
ができない。さらに、吊荷重検出装置１４はジブ
３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、落下物に
よる損傷の可能性がある。また、フートピン４か
ら吊荷重の作用線までの長さを求めるためには、
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から吊荷重の作用線ま
での長さを乗ず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。また、クレーン作業中に
は、旋回作動時の遠心力、風による力等によつ
て、吊荷重の作用線の方向が必ずしも鉛直となる
とは限らない。このため、たとえば第３図に示す
ように、荷１３が外側に振られたときには、フー
トピン４から吊荷重による力の作用線までの長さ
L₁は、フートピン４から鉛直線Ｖまでの長さ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までの長さを乗じたのでは、吊荷重の作用
線が鉛直でない場合に、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ト検出装置を有す
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、振抑ロープ５の張力を検出する
ロードセル１９を設け、振抑ロープ５の張力にフ
ートピン４から振抑ロープ５の張力の作用線まで
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、振抑ロープ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１
９部での接線ａを求めなければ、フートピン４か
ら振抑ロープ５の張力の作用線までの長さを正確
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、実際には振抑ロ
ープ５が二点鎖線で示すように直線をなしている
ものとして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。

この発明は上述の問題点を解決するためになさ
れたもので、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
を設ける必要がなく、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
ーン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ため、この発明においては
フートピンを中心に俯抑可能なジブと、そのジブ
の先端に配置されたトツプシーブとを有するクレ
ーンの吊荷重によるモーメントＭを検出する装置
において、上記トツプシーブのアクスルを上記ジ
ブに回転不能に取付け、そのアクスルに作用する
力を上記ジブに固定された直角な第１、第２の軸
方向に分解して検出する力検出手段を設け、その
力検出手段の上記第１、第２の軸方向の検出値を
F_x、F_y、上記トツプシーブのロープ掛数をＮ、
上記フートピンの中心と上記アクスルの中心とを
結ぶ線の長さをＬ、巻取ロープの本数をｍ、巻取
ドラムの方向に引張られる巻取ロープの張力の方
向と上記第１の軸方向とのなす角すなわち巻付き
角をα、Ａ＝F_xcosα−F_ysinα、Ｂ＝F_x ²＋F_y ²と
したとき、次式から上記モーメントＭ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Ｂ−Ｂ断面図
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、２１ｂは突出片２１ａをジブ
３に固定するノツクピンで、突出片２１ａ、ノツ
クピン２１ｂにより、アクスル８はジブ３に対し
て回転不能となつている。２２，２３はアクスル
８のジブ３に支えられた部分とトツプシーブ７が
取付けられた部分との間に設けられた溝、２４_a
_ｘ，２４_ay，２５_ax，２５_ayは溝２３の底部に貼ら
れたアクテイブ歪ゲージ、２４_dx，２４_dy，２５_d
_ｘ，２５_dyは溝２３の側部に貼られた温度補償の
ためのダミー歪ゲージで、歪ゲージ２４_ax，２４
_ｄｘ，２５_ax，２５_dxはアクスル８の軸心とフート
ピン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２４_ay，２４_dy，２５_ay，２
５_dyはｘ軸と直角な軸すなわちｙ軸上に設けられ
ている。そして、アクテイブ歪ゲージ２４_ax，２
４_ay，２５_ax，２５_ayはアクスル８の第７図の紙
面に直角な方向の歪を検出する向きに貼付けてあ
る。なお、溝２２も同様に歪ゲージが貼付けてあ
る。２６はアクスル８の中心部に設けられた穴、
２７，２８は溝２２，２３に開口し、穴２６と連
通した穴、２９は歪ゲージのコードで、コード２
９は穴２６〜２８を通つてアクスル８の外部に引
出されている。そして、歪ゲージ２４_ax〜２５_d
_ｘ、歪ゲージ２４_ay〜２５_dyはそれぞれ第８図に示
すように結線されている。なお、溝２２に貼付け
られた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F_xpが作用したときには、歪ゲージ２４_axが
伸び、歪ゲージ２５_axが縮み、また歪ゲージ２４
_ｄｘ，２５_dxは変形しない。このとき、歪ゲージの
ひずみ感度（一定）をＫ、アクスル８のたて弾性
係数をＥ、溝２２部の断面二次モーメントをＩ、
溝２２部の直径をｄ、アクスル８に対するジブ３
からの反力R₁，R₂の作用点間の長さをl₁、反力
R₂の作用点と力F_xpの作用点との間の長さをl₂、
反力R₁，R₂の作用点と溝２３，２３の中心との
長さをl₃とすると、歪ゲージ２４_ax〜２５_dxで構
成されたブリツジの出力e_px1は次式で表わされ
る。

e_px1＝Kdl₂l₃／EIl₁F_xpe_i (1) また、溝２２のｘ軸方向に関するブリツジの出
力e_px2は次式で表わされる。

e_px2＝Kd（l₁−l₂）l₃／EIl₁F_xpe_i (2) そして、出力e_px1と出力e_px2との和e_pxは次式の
ようになる。

e_px＝Kdl₃／EIF_xpe_i (3) このように、力F_pxの作用点の位置にかかわら
ず、和e_pxは力F_xpに応じた値になる。一方、ｙ軸
方向の歪ゲージ２４_ay，２５_ayは変形しないの
で、歪ゲージ２４_ay〜２５_dyで構成されるブリツ
ジの出力は生じない。また、溝２２のｙ軸方向に
関するブリツジの出力も生じない。したがつて、
ｙ軸方向に関する２つのブリツジの出力の和e_py
は零である。そして、アクスル８にｘ軸方向の力
F_ypが作用したときには、和e_pyが力F_ypに応じた値
になり、和e_pxは零である。さらに、ｘ軸方向、
ｙ軸方向の中間の方向に力Ｆが作用したときに
は、和e_px，e_pyはそれぞれ力Ｆのｘ軸方向成分F_x、
ｙ軸方向成分F_yに応じた値になる。したがつて、
和e_px，e_pyから力Ｆの成分F_x，F_yを別々に求める
ことができる。

第１０図はアクスル８に使用する力を説明図で
ある。図に示すように、巻取ロープ１０の張力を
Ｔ、フツク１２側のシーブのロープ掛数をＮとす
ると、フツク１２をも含めた吊荷重Ｗは次式で表
わされる。

Ｗ＝TN (4) 一方、トツプシーブ７に作用する張力Ｔとして
は、ガイドシーブ９を経て巻取ドラム１１の方向
に引張られる巻取ロープ１０ａの張力Ｔと、トツ
プシーブ７とフツク１２側のシーブとに掛けられ
た巻取ロープ１０ｂの張力Ｔとがあり、巻取ロー
プ１０ａ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、また巻取ロープ１０ｂの本
数をｍとすると、全巻取ロープ１０ｂの張力Ｔに
よりトツプシーブ７に作用する力はmTとなる。
なお、ロープ掛数Ｎが奇数のときにはｍ＝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mTの作用線はアクスル８の中
心を通る鉛直線Ｖとトツプシーブ７、フツク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１０ａ，１０ｂの張力Ｔによりア
クスル８（トツプシーブ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、ｘ軸と力mTの作用線とがな
す角をβとすると、力Ｆのｘ軸、ｙ軸方向成分
F_x，F_yはそれぞれ次式のようになる。

F_x＝Tcosα＋mTcosβ (5) F_y＝−Tsinα＋mTsinβ (6) (5)、(6)式から張力Ｔを求めると次式のようにな
る。

（Ａ＝F_xcosα−F_ysinα Ｂ＝F_x ²＋F_y ²）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Ｌとすると、吊荷重Ｗによる
フートピン４回りのモーメントＭは次式で表わさ
れる。

Ｍ＝WLsinβ (9) そして、(6)、(8)、(9)式から、モーメントＭは次
式のようになる。

ここで、ロープ掛数Ｎ、長さＬ、本数ｍ、巻付
き角αは既知の量であり、また成分F_x，F_yは上
述したように歪ゲージ２４_ax〜２５_dy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
求めることが可能である。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
ていないから、吊荷重Ｗの作用線が鉛直でない場
合でも、モーメントＭ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３
０_x1〜３１_y2は溝２３の底部に貼られた歪ゲージ
で、歪ゲージ３０_x1〜３１_x2はアクスル８の第１
２図の紙面に直角な方向の歪を検出する向きに貼
付けてある。そして、歪ゲージ３０_x1〜３１_x2は
ｘ軸上に設けられており、歪ゲージ３０_y1〜３１
_ｙ２はｙ軸上に設けられていて、歪ゲージ３０_x1，
３１_x1，３０_y1，３１_y1と歪ゲージ３０_x2，３１_x
_２，３０_y2，３１_y2とは長さl₄だけ離れて設けられ
ており、また歪ゲージ３０_x1〜３１_x2，歪ゲージ
３０_y1〜３１_y2はそれぞれ第１３図に示すように
結線されている。なお、溝２２にも同様に歪ゲー
ジが貼付けてあり、また同様に結線されている。

この力検出手段においては、歪ゲージ３０_x1〜
３１_x2で構成されるブリツジの出力e_px1は次式で
表わされる。

e_px1＝Kdl₂l₄／4EIl₁F_xe_i （11）また、溝２２のｘ軸方向に関するブリツジの出
力e_px2は次式で表わされる。

e_px2＝Kd（l₁−l₂）l₄／4EIl₄F_xe_i （12）そして、出力e_px1と出力e_px2との和e_pxは次式の
ようになる。

e_px＝Kdl₄／4EIF_xe_i （13）このように、和e_pxは力Ｆのｘ軸方向の成分F_x
に応じた値になる。また、ｙ軸方向に関する２つ
のブリツジの出力の和e_pyも力Ｆのｙ軸方向の成
分F_yに応じた値になる。したがつて、和e_px、e_py
から力Ｆの成分F_x、F_yを別々に求めることがで
きる。そして、（13）式においては、長さl₄は常
に一定であり、また(3)式のように長さl₃に関係し
ないから、反力R₁，R₂の位置が変化して、長さl₃
が変化したとしても、力Ｆのｘ軸方向の成分F_x
（ｙ軸方向の成分F_y）を正確に検出することが可
能である。

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断面図である。図において３
２_x1〜３３_y2は溝２３の底部に貼られた歪ゲージ
で、歪ゲージ３２_x1〜３３_y2はアクセス８の軸心
方向に対して45度の向きに貼付けてある。そし
て、歪ゲージ３２_x1〜３３_x2はｙ軸上に設けられ
ており、歪ゲージ３２_y1〜３３_y2はｘ軸上に設け
られていて、歪ゲージ３２_x1〜３３_x2、歪ゲージ
３２_y1〜３３_y2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にも同様に歪ゲー
ジが貼付けてあり、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軸方向の成分F_xが作用すると、歪ゲージ３
２_x1〜３３_x2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、歪ゲージ３２_x1〜３３_x2
で構成されるブリツジの出力e_px1は次式で表わさ
れる。

e_px1＝−8Kl₂／3Gπd²l₁F_xe_i （14）また、溝２２のｘ軸方向に関するブリツジの出
力e_px2は次式で表わされる。

e_px2＝−8K（l₁−l₂）／3Gπd²l₁F_xe_i（15）そして、出力e_px1と出力e_px2との和e_pxは次式の
ようになる。

e_px＝−8K／3Gπd²F_xe_i （16）このように、和e_pxは力Ｆのｘ軸方向の成分F_x
に応じた値となる。また、ｙ軸方向に関する２つ
のブリツジの出力の和e_pyも力Ｆのｙ軸方向の成
分F_yに応じた値となる。したがつて、和e_px、e_py
からのＦの成分F_x，F_yを別々に求めることがで
きる。そして、（16）式からわかるように、和e_px
は長さl₃に関係しないので、反力R₁，R₂の位置が
変化したとしても、力Ｆの成分F_x（成分F_y）を正
確に検出することができるとともに、第１１〜１
３図に示した力検出手段においては、長さl₄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。さらに、上述実施例においては、
トツプシーブ７から巻取ドラム１１に至る巻取ロ
ープ１０のトツプシーブ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３の俯抑に
よつて巻付き角αがあまり変化しないときには、
ガイドシーブ９を用いなくともよいが、ガイドシ
ーブ９を設ければ、より正確にモーメント（張力
Ｔ）を検出することが可能である。さらに、(8)式
から吊荷重Ｗを求めてもよく、この場合には１つ
の力検出手段でモーメントＭと吊荷重Ｗの両方を
検出することができる。

以上説明したように、この発明に係るモーメン
ト検出装置においては、トツプシーブのアクスル
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
確にかつ簡単な演算で検出することができる。ま
た、巻取ロープを急角度で曲げる必要がないか
ら、巻取ロープが損傷することがない。さらに、
力検出手段をトツプシーブ部の内部に設けられる
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、トツプシーブのアクスルに作用する
力をジブに固定された２軸方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
検出装置の概略を示す図、第３図は第１図に示し
たモーメント検出装置の説明図、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図に示した歪ゲージの結線図、
第９図は第８図（第１３図、第１６図）に示した
ブリツジの出力の説明図、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図に示した歪ゲージの結線図で
ある。３……ジブ、７……トツプシーブ、８……アク
スル、９……ガイドシーブ、１０……巻取ロー
プ、２１ａ……突出片、２１ｂ……ノツクピン、
２２，２３……溝、２４_ax〜２５_dy……歪ゲー
ジ、３０_x1〜３１_y2……歪ゲージ、３２_x1〜３３_y
_２……歪ゲージ。

Claims

【特許請求の範囲】１フートピンを中心に俯仰可能なジブと、その
ジブの先端に配置されたトツプシーブとを有する
クレーンの吊荷重によるモーメントＭを検出する
装置において、上記トツプシーブのアクスルを上
記ジブに回転不能に取付け、そのアクスルに作用
する力を上記ジブに固定された直角な第１、第２
の軸方向に分解して検出する力検出手段を設け、
その力検出手段の上記第１、第２の軸方向の検出
値をF_x、F_y、上記トツプシーブのロープ掛数を
Ｎ、上記フートピンの中心と上記アクスルの中心
とを結ぶ線の長さをＬ、巻取ロープの本数をｍ、
巻取ドラムの方向に引張られる巻取ロープの張力
の方向と上記第１の軸方向とのなす角すなわち巻
付き角をα、Ａ＝F_xcosα−F_ysinα、Ｂ＝F_x ²＋F_y
^２としたとき、次式から上記モーメントＭを演算する演算手段を設け
たことを特徴とするクレーンのモーメント検出装
置。２上記トツプシーブから上記巻取ドラムに至る
上記巻取ロープを上記トツプシーブの近傍に設け
られたガイドシーブに掛けたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のクレーンのモーメント
検出装置。