JPH09169488A - 天井クレーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は鉛直地振動の際の天井クレー
ンガーダーの鉛直方向の揺れによる車輪のレールからの
浮き上がりを未然に防止することが出来る新規な天井ク
レーンを提供することにある。 【解決手段】 上記課題を解決するために本発明は、天
井に固定されたレール１，に沿って区画する複数の仕切
り板６間に鉛直方向の微小振幅振動を抑制するベローズ
ダンパー７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工場、原子炉建屋等
の構造物の天井に据え付けられて屋内の荷役を行う天井
クレーンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工場などの屋内において荷役を
行うための天井クレーンとしては、図８及び図９に示す
ような構造をしたものが多く採用されている。

【０００３】図示するようにこの天井クレーンは、屋内
の天井付近に固定された一対のレール１，１間に、矩形
状をしたガーダー２を走行車輪３を介して走行自在に架
け渡し、さらに、このガーダー２に、昇降用フック４を
備えたトロリー５を走行自在に備えたものであり、ガー
ダー２側に設けられた図示しない駆動手段によってその
両端の走行車輪３，３を駆動することでガーダー２を図
９中Ｘ方向に走行させると同時に、このガーダー２に設
けられたトロリー５をガーダー２に沿って図９中Ｙ方向
に走行させることで、昇降用フック４の位置をレール
１，１間に形成される平面の任意の位置に移動させるこ
とが出来るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、この天井クレーンを構成するガーダー２は、その
両端部の走行車輪３のみがレール１，１上に乗ることで
支持されていることから、鉛直地震動による大きな鉛直
方向の揺れが加わってその応答が大きくなると、上下方
向の減衰比が小さいため、図１０に示すようにその中央
部が上下方向に大きく撓み、その勢いで走行車輪３がレ
ール１，１から浮き上がって脱輪してしまう虞がある。
そのため、ガーダー２の両端に外れ防止用のクランプや
フック（図示せず）等を取り付けることも考えられる
が、そうするとガーダー２の上下方向の揺れによってク
ランプやフック及びレール側に過大な応力が加わり、そ
の固定部が破損してしまうことが考えられる。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を有効に
解決するために案出されたものであり、その目的は鉛直
地振動の際のガーダーの鉛直方向の揺れによる車輪のレ
ールからの浮き上がりを未然に防止することが出来る新
規な天井クレーンを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第一の発明は、天井に固定されたレール間に走行自在
に架け渡された内部中空のガーダーに、その内部を長さ
方向に沿って区画する複数の仕切り板を設けた天井クレ
ーンにおいて、これら各仕切り板間に鉛直方向の微小振
幅振動を抑制するダンパーを備えたものである。

【０００７】これによって、クレーンの減衰比が大きく
なり、鉛直地振動の際のガーダーの鉛直方向の撓み、す
なわち変形が抑制され、上下方向の振幅が小さくなって
ガーダーのレールから浮き上がりが防止される。また、
このダンパーとして、既に原子力設備などの配管系の振
動抑止用のべローズダンパーを用いることでさらに大き
な減衰比を得ることが出来る。

【０００８】また、第二の発明は、天井に固定されたレ
ール間に、トロリーを備えたガーダーを走行自在に架け
渡してなる天井クレーンにおいて、上記ガーダーの走行
車輪に、これを上記レールに吸着させながら走行させる
磁石を埋め込んだキャタピラを備えたものである。従っ
て、常時その両端の走行車輪がレールに密着しているた
め、鉛直地振動の際にガーダーが上下方向に撓んでも走
行車輪の浮き上がり又は浮き上がり量を最小限に抑える
ことが出来る。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施する好適一形
態を説明する。

【００１０】図１は本発明に係る天井クレーンの一形態
を示したものであり、図中１，１は天井付近の両壁面に
張り出したランウェイガーダーＡ，Ａ上に固定されたレ
ール、２はこのレール１，１間に架け渡された天井クレ
ーンガーダー、３はこの天井クレーンガーダー２両端に
設けられると共にレール１，１上を走行する走行車輪で
ある。

【００１１】この天井クレーンガーダー２は図９に示し
たように平行に位置する２本の縦梁２ａ、２ａの両端部
を横梁２ｂ、２ｂで接続した平面矩形状に形成したもの
であり、その各縦梁２ａ，２ａの内部は図２に示すよう
に軽量化と共に保守点検時等に作業員等が通行できるよ
うに内部中空となっている。そして、さらに、その内部
には、その内部を長さ方向に沿って区画する複数の仕切
り板６，６…が設けられると共に、これら各仕切り板
６，６…間の四隅にはそれぞれべローズダンパー７，
７，７，７が設けられている。尚、これら各仕切り板６
…の中央部には開口部６ａが形成されており、上述した
ように、この縦梁２ａ部分の軽量化と共に保守点検時等
に作業員等がこの縦梁２ａ内を通行できるようになって
いる。また、図１中Ｓはこの両端に位置する仕切り板
６，６を補強するための補強部材である。

【００１２】このべローズダンパー７は、図３に示すよ
うに原子力施設などの大口径配管・機器制振部材として
既に採用されており、メカニカルギャップがなく、振幅
１ｍｍ以下の微小振幅振動も制振可能、粘性流体、ノズ
ル形状を選定することにより大きな減衰力が得られるな
どの特長を有している。

【００１３】すなわち、このべローズダンパー７は図４
に示すように、一端が仕切り板６，６側に固定され、他
端が対向するように位置する一対のロッド体８，８間に
設けられるようになっており、このロッド体８，８の各
他端側に固定された一対のフランジ９，９と、一方のフ
ランジ９側に設けられた伸縮自在な金属べローズ１０
と、他方のフランジ９側に設けられたノズル部材１１と
から構成されている。そして、この金属ベローズ１０内
には粘性流体１２が封入されており、この粘性流体１２
が、振動によってフランジ９，９間の距離が変化する際
に金属ベローズ１０の中央部に位置するノズル部材１１
のノズル１１ａを通過し、この時の抵抗によってロッド
体８，８、すなわち、このロッド体８，８が固定される
各仕切り板６，６に対して制振作用を与えることにな
る。従って、上述したように、このベローズダンパー７
は従来の制振装置として用いられているメカニカルダン
パー（図示せず）等と比較して、メカニカルギャップが
極めて少ないため、振幅１ｍｍ以下の微小振幅振動も制
振可能で、かつこれら粘性流体やノズル形状を適宜選定
することにより大きな減衰力が得られるようになってい
る。尚、このベローズダンパー７に関する発明について
は、同出願人らが既に多数出願している（特願平５−１
７５５３５号等）。

【００１４】そして、このように各仕切り板６，６間に
ベローズダンパー７を設けた天井クレーンガーダー２に
鉛直方向の振動が加わって天井クレーンガーダー２が図
５（Ａ）に示すように鉛直方向上方に撓むと、天井クレ
ーンガーダー２の内部上方に位置する各ベローズダンパ
ー７に引っ張り荷重が加わると同時、天井クレーンガー
ダー２の内部下方に位置する各ベローズダンパー７に圧
縮荷重が加わり、反対に図５（Ｂ）に示すように天井ク
レーンガーダー２が鉛直方向下方に撓むと反対側のペロ
ーズダンパー７にそれぞれ圧縮と引っ張り荷重が加わる
ことになるが、いずれの引張り荷重及び圧縮荷重も各ベ
ローズダンパー７によって効果的吸収されてしまうこと
から、大きな減衰力が得られ、鉛直方向の振動が効果的
に抑制されることになる。尚、図面では説明をわかりや
すくするために、天井クレーンガーダー２の撓み及びベ
ローズダンパー７の動きを大きく表現したが、実際には
その動きは人間では目視できない程度の小さな動きとな
ることはいうまでもない。また、本発明の実施の形態で
は各仕切り板６，６で区画された天井クレーンガーダー
２の一区画内の四隅にそれぞれ合計４つのベローズダン
パー７，７，７，７を設けるようにしたが、この設置数
は本形態に限定されるものではなく、その設置本数や位
置などは天井クレーンガーダー２の長さや、考えられる
鉛直振動の大きさ、使用するベローズダンパー７の減衰
力等によって適宜変化させて使用することは勿論であ
る。また、本発明に使用するベローズダンパーとしても
上述したものに限定されるものではなく、本出願人が先
に出願した特願平５−１７５５３５号のような構成のも
のを用いても良い。

【００１５】次に、図６及び図７は本発明の係る天井ク
レーンの実施の他の形態を示したものであり、図中１は
上述した鉄などの金属製レール、２は同じくガーダー、
２ｂはこの天井クレーンガーダー２を構成する横梁、３
はこの横梁２ｂにそれぞれ設けられた走行車輪である。

【００１６】先ず、図６に示す走行車輪３はこの横梁２
ｂの両端部に位置する一対の駆動車輪３ａ，３ａと、こ
の駆動車輪３ａ，３ａ間に位置する４つの押え車輪３
ｂ，３ｂ，３ｂ，３ｂと、これら押え車輪３ｂ，３ｂ，
３ｂ，３ｂとの間に架け渡されたキャタピラ１３とから
構成されており、この走行車輪３によって天井クレーン
ガーダー２をレール１上に支持すると共に、図示しない
駆動モータによってこの駆動車輪３ａ，３ａを駆動する
ことで、天井クレーンガーダー２をレール１に沿って走
行させるようになっている。また、このキャタピラ１３
は、金属ベルトの表面あるいは内面に永久磁石などのブ
ロック状の磁石体（図示せず）を連続して、あるいはこ
の磁石体自体をキャタピラ状に連結してなるものであ
り、レール１側に吸着しながらレール１上を走行するよ
うになっている。

【００１７】従って、本実施の形態では、上述したよう
にガーター２に鉛直方向の振動が加わり上下に撓んで
も、その反動で走行車輪３がレール１上から浮き上がる
ことが無くなり、脱輪などの不都合が未然に防止され
る。尚、本形態では、この走行車輪３を構成する両側の
押え車輪３ｂ、３ｂをベルト１４によってそれぞれ駆動
車輪３ａ，３ａ側に連結するようにすれば、この押え車
輪３ｂ、３ｂが駆動車輪３ａ，３ａの回転と同期して回
転することになるため、キャタピラ１３の流れがスムー
ズとなり、キャタピラ１３の引きずり等の不都合が防止
されることになる。

【００１８】また、図７に示すように、両駆動車輪３
ａ，３ａの設置位置を押え車輪３ｂ，３ｂ，３ｂ，３ｂ
の設置位置より高くすると共に、これら駆動車輪３ａ，
３ａを大型の一つのキャタピラ１５で架け渡すように構
成すれば、キャタピラ１５のレール１への吸着面積が増
大してより大きな吸着力が得られ、これによって浮き上
がり防止効果がより向上すると同時に、引き剥がしによ
る必要駆動力を小さくすることが出来ることによりガー
ター２の走行がよりスムーズになる。尚、本発明はこの
走行車輪３を構成する各車輪の数や設置位置及び駆動方
法等はこのような実施の形態に限定されるものではない
ことは勿論である。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の具体的実施例を説明する。

【００２０】本発明に用いるベローズダンパーは、上述
したように従来の制振装置では抑制できない微小振幅振
動を制振する作用を有し、振幅１ｍｍ以下の振動に対し
ても有効であることが確認されている。また、流体の粘
性抵抗を利用しており、線形な減衰特性を有するもので
ある。そして、本発明は鉛直地振動による天井クレーン
の浮き上がりを防止するためにこのベローズダンパーを
用いたものであり、検討の結果、実際の天井クレーンに
適用した場合、１００ｋｇｆ・ｓ／ｍｍ程度の非常に大
きな減衰容量を有するベローズダンパーが必要であるこ
とが分かった。以下に、その実施例を詳述する。

【００２１】１．天井クレーンの振動特性 先ず、天井クレーンの吊り荷の重量を１５０ｔとし、固
有値計算により求めた諸数値を空荷時とともに表１に示
す。尚、吊り荷はクレーンへ付加される固定質量として
取り扱っている。

【００２２】

【表１】

【００２３】２．ベローズダンパーの設置方法 図１１に示すような天井クレーンガーダーを用い、この
天井クレーンガーダーに図１２に示すようにベローズダ
ンパー設置した。この時、用いたダンパーは、一つの縦
梁につき２８体であり、天井クレーンガーダーは２本の
縦梁を有することから、計５６体のダンパーを設置し
た。

【００２４】３．ダンパーに必要な減衰容量の算出 ３−１天井クレーンの変型量 天井クレーンの変型を両端支持梁として考えて、その撓
み量と伸縮量を算出する。天井クレーンガーダーの変型
は図１３のように設置されたダンパーに対して強制変位
量を与える。

【００２５】また、図１４に示すように、クレーンの支
持点（車輪部）よりｚの距離だけ離れた位置での撓み量
ｘ（鉛直方向振幅）は、下式により求めることが出来
る。また、縦梁の撓みは中央部で最大となる。

【００２６】

【数１】

【００２７】また、天井クレーンガーダーに生じる曲げ
モーメント及び撓み量は、以下の数式で求めることが出
来る。

【００２８】

【数２】

【００２９】よってダンパー作動量は、以下の数式によ
り求めることが出来る。

【００３０】

【数３】

【００３１】そして、数式４−２と４−５により、ガー
ダーの撓み量とダンパー作動量の関係が以下の数式で表
される。

【００３２】

【数４】

【００３３】また、ダンパーに対し、せん断方向の変位
をもたらす天井クレーンガーダーのせん断変型は、せん
断荷重とせん断歪みの関係から得られる以下の式で求め
ることが出来る。

【００３４】

【数５】

【００３５】鉛直方向加速度１Ｇが付加された場合（自
重）のガーダー変型量を以下の表２にまとめて示す。こ
の表からも分かるように、空荷時には、ダンパー軸方向
（伸縮）０．２〜０．５ｍｍ、せん断方向に０．０２ｍ
ｍ程度の変型が負荷される。

【００３６】

【表２】

【００３７】３−２必要減衰容量 図１５に示すように、天井クレーンを１自由度系にモデ
ル化すると、その自由振動は、以下の運動方程式で表さ
れる。

【００３８】

【数６】

【００３９】このモデルでは、天井クレーンの撓み挙動
を等価質量・剛性を用い、置き換えたものである。

【００４０】天井クレーンの鉛直地振動による応答を低
減するために、ダンパー設置による天井クレーン鉛直振
動計の減衰比を１０％（ζ＝０．１）まで増加させるこ
とを目標とし、必要減衰容量を算出することになる。
尚、本実施例の天井クレーンの減衰比は表１に示したよ
うに２％とし、ダンパー設置により８％の減衰比を付加
する。

【００４１】前述の３−１で示したように、クレーンの
撓み量とダンパーの作動量が等しくないことから、変位
量の比率を残す数式４−６を用いて以下のようにダンパ
ー作動量に対応する等価減衰係数Ｃ_add を求める。

【００４２】

【数７】

【００４３】上式より求められた必要減衰容量を表３に
示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】４．ダンパーの試設計 前項までの計算結果を基に、ベローズダンパーの試設計
を実施する。尚、ベローズダンパーのノズルには図１６
に示すように、加工が容易である円孔型のものを用い
る。円孔型のノズルを用いたベローズダンパーの性能
は、以下の数式より求めることが出来る。

【００４６】

【数８】

【００４７】この式を用いて試設計したベローズダンパ
ーの例を表４（空荷時を考慮）及び図５（吊り荷積載時
を考慮）に示す。

【００４８】

【表４】

【００４９】

【表５】

【００５０】５．ベローズダンパーの減衰係数 ベローズダンパーの減衰力は、基本的には粘性減衰と速
度２乗減衰の和として求めることが出来る。しかし、制
振対象の振動が微小振幅であり粘性流体の流速は小さい
ため、速度２乗減衰の影響は無視できる。

【００５１】ベローズダンパーの減衰係数は、図１６に
示すようにノズル孔の形状により以下のように求めるこ
とが出来る。

【００５２】

【数９】

【００５３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、天井クレ
ーンガーダー内にベローズダンパーを設けたため、天井
クレーンの減衰比が大きくなり、鉛直地振動の際のガー
ダーの鉛直方向の撓み変型が抑制され、上下方向の振幅
が小さくなって天井クレーンガーダーのレールから浮き
上がりが防止される。また、天井クレーンガーダーの走
行車輪に、これを上記レールに吸着させながら走行させ
る磁石を埋め込んだキャタピラを備えたため、常時その
両端の走行車輪がレールに密着することとなり、鉛直地
振動の際に天井クレーンガーダーが上下方向に撓んでも
走行車輪の浮き上がり又は浮き上がり量を最小限に抑え
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る天井クレーンの一形態を示す側面
図である。

【図２】図１中Ｂ−Ｂ断面図である。

【図３】ベローズダンパーの従来の使用例を示す説明図
である。

【図４】ベローズダンパーの構成を示す断面図である。

【図５】天井クレーンガーダーの上下方向の撓み時のベ
ローズダンパーの動きを示すモデル図である。

【図６】本発明の他の形態を示す構成図である。

【図７】本発明の他の形態を示す構成図である。

【図８】従来の天井クレーンの構成を示す簡略図であ
る。

【図９】図８中Ａ−Ａ矢視図である。

【図１０】従来の天井クレーンに鉛直方向の揺れが加わ
った際の天井クレーンガーダーの揺れの状態を示す概念
図である。

【図１１】本実施例で用いた天井クレーンガーダーの形
状を示す全体図である。

【図１２】本実施例の天井クレーンガーダーへのベロー
ズダンパー設置状態を示す全体図である。

【図１３】両端支持梁による天井クレーンガーダーのモ
デル化を示す説明図である。

【図１４】天井クレーンガーダーに生ずるモーメントと
歪みを示す概念図である。

【図１５】本実施例の必要減衰容量の１自由度モデルを
示す概念図である。

【図１６】ベローズダンパーのノズル孔の形状を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１ レール ２ 天井クレーンガーダー ２ａ 縦梁 ２ｂ 横梁 ３ 走行車輪 ６ 仕切り板 ７ ベローズダンパー １３、１５ キャタピラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天井に固定されたレール間に走行自在に
   架け渡された内部中空のガーダーに、その内部を長さ方
   向に沿って区画する複数の仕切り板を設けている天井ク
   レーンにおいて、これら各仕切り板間に鉛直方向の微小
   振幅振動を抑制するダンパーを備えたことを特徴とする
   天井クレーン。
2. 【請求項２】 上記ダンパーが、粘性流体を用いた振動
   制振ダンパーであることを特徴とする請求項１記載の天
   井クレーン。
3. 【請求項３】 天井に固定されたレール間に、トロリー
   を備えたガーダーを走行自在に架け渡してなる天井クレ
   ーンにおいて、上記ガーダーの走行車輪に、これを上記
   レールに吸着させながら走行させるべく磁石体からなる
   キャタピラを備えたことを特徴とする天井クレーン。