JPS6077090A - クレ−ンの過負荷検出用基本デ−タ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トラッククレーンにおけるブームの自重およ
び該ブームによって吊り上げられた吊上荷重により生じ
る過負荷の検出を行なうための基本データを検出するク
レーンの過負荷検出用基本データ検出装置に関するもの
である。

従来から、クレーンのような物上げ機械には。

安全装置を設置することは、周知のことであり、また、
事故を未然に防止する上でも不可欠なものである。特に
トラッククレーンのように移動式のものにおいては、ク
レーンの張出し支持脚または車軸が作業箇所に固定され
ておらず、例えば、クレーン台車の両側方に張出するよ
うにして突出した張出し支持脚（以下アウトリガという
）により接地面積を実質上広げ、クレーンの転倒の防止
を図っている。しかし、このアウトリガ−の突出量には
自ずと限界があり、そのため常時クレーンの使用状態を
監視している必要がある。そのようなりレーン安全装置
として、従来クレーンに荷重センサおよび角度検出セン
サを具備せしめ、クレーンを傾けようとして作用するモ
ーメント〔（ブーム上の吊上荷重）×（荷重とクレーン
の間の水平距離）〕を計算し、クレーンが転倒する危険
があるときに警告を発するようにしたいわゆるモーメン
トリミッタがある。

また、吊上荷重のみを測定し、その荷重が過大であるか
、またはクレーンが転倒しそうであるかはクレーンの操
作者の専門知識・経験により判断するものがある。この
後述の装置は明らかに不適当なものであるが、前述の装
置も幾つかの問題を含んでいる。

すなわち、従来のトラッククレーンのモーメントリミッ
タは、荷重センサがロープ、ジブ部分、俯仰シリンダ等
の部分に設けられており。

例えば、ジブ部分にある場合は、ジブの長さが一定のク
レーンとジブの長さが伸縮して変化するクレーンとでは
それぞれ異なった荷重検出方式を採らなければならず不
都合であり、また、吊り荷のロープ張力を直接または間
接に測定する場合は、クレーンが旋回するときの遠心力
がクレーンのモーメントに影響を及ぼし測定誤差が大き
いという難点がある。

また、従来、荷重センサが上記するように高所にあるた
め、荷重センサの取付けや調整がしにくく危険を伴なう
という問題もある。

さらに、従来のモーメントリミッタは、荷重センサだけ
でなく、ブームの俯仰角を検出する傾斜４等の角度セン
サを通常用いているが、クレーンの安全装置としてはこ
れら以外にブームの旋回角、ブームの重心位置、ブーム
長等のデータが必要となるが、これらのデータを得るに
は、センサを増設することとなり、従って、クレーンを
改良したり変更する必要が生じたりする。

本発明は上述した従来装置の欠点に鑑みなされたもので
、同一種類でしかも少数の荷重検出手段のみにより、ク
レーンの種々の動作状態に応じ過負荷防止に供し得る各
種基本データを検出するクレーンの過負荷検出用基本デ
ータ検出装置を提供することを目的としている。

以下１本発明の一実施例を図に基き説明する。

第１図は本発明を適用する１〜ラツククレーンの平面図
である。同図において、ｌはトラッククレーンの台車で
あり、その側方にはクレーンを安定に支持するための張
出し支持脚である４本のアウトリガ２ａ、　２ｂ、　２
ｃ、　２ｄ、が突設されており、その先端部には荷重検
出手段である荷重センサ３　ａ　Ｈ３ｂ　＋　３　Ｃ＋
　３　ｄ　Ｈが取付けられている。この荷重センサ３ａ
〜３ｄの、具体例については後に詳述するが荷重が負荷
された部分のひずみをひずみゲージにより電気信号に変
換して荷重データを得るものである。４は台車１上に載
置され旋回中心０を軸として回転するターンテーブルで
ある。５はターンテーブル４に一端側が軸支され、他端
側において吊り荷を吊り上げるブームであり、水平方向
より俯仰し得るように構成されている。

次に、上述した荷重センサ３．９〜３ｄに関し、より詳
細に説明する。

第２図（、）は荷重センサ３を設置したアウトリガ２の
先端部を示す。アウトリガ２の先端部にはフロート６と
称される部材が支軸７により軸支されており、アラ１−
リガ２が地面になじむように構成されている。

第２図（ｂ）は、この支軸７の断面を示したものである
。８，８は支軸７の両端に螺合されたナツトであり、こ
のナツト８，８によりフロート６がアラ１−リガ２の先
端に軸着されている。

支軸７は中空となっており、その内面に荷重センサであ
るひずみゲージ９．９が添着されている。従って、アラ
１〜リガ２の一つの先端部に附加された荷重は、この支
軸７を歪ませそのひずみを例えばホイートストンブリッ
ジ構成してなるひずみゲージ９により検出し荷重に対応
した電気信号として取り出すことができる。

第２図（ｃ）は、アウトリガ２の先端部に設けられた油
圧シリンダ１０によってアウトリガ２を突出させる形式
の実施例を示す。

第２図（ｄ）は、上記油圧シリンダ１０の断面図であり
、そのシリンダ室１１の油出入口にはシリンダ内の内圧
を検出するための圧力センサ（圧力変換器）１２が設け
られており、この圧力センサ１２の出力によりアラ１〜
リガ２の１つに負荷された荷重を検出し得るように構成
されている。

第２図（ｅ）は、トラッククレーンの懸架装置を示す側
面図である。この実施例の場合、車軸１３に負荷される
荷重を懸架装置に設置した荷重センサにより検出しよう
とするものである。

同図（ｅ）において、１４は車＠１３を支える車軸であ
り、締付ポル１−１５によってリーフスプリング１６に
固定されるとともにダンパーとしてのサスペンションシ
リンダ１７の可動端と連結されている。このサスペンシ
ョンシリンダ１７の上端はトラックフレーム１８に連結
されている。リーフスプリング１６の両端はトラックフ
レーム１８に連結されている。この懸架装置において、
軸重に対応する電気出力を得るには、例えば、Ａで示す
ように車軸１４の内側壁または外側壁でせん断ひずみを
発生する部分、Ｂで示すように車軸１４の上面または、
内壁面で曲げひずみを発生する部分、Ｃで示すようにリ
ーフスプリングを軸支するピンを第２図（ｂ）と同様な
構成とし、それぞれ、ひずみゲージを接着等の手段によ
り添着すればよい。その他、軸重が伝達さオしる系の間
に圧縮型の荷重変換器を介挿してもよい。

第３図（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る作業半径の
演算手順を説明するためのトラッククレーンの側面図お
よび同図におけるモーメンｌ−の釣り合いを示す図、第
４図（ａ）および（ｂ）は旋回中心からブームの重心ま
での距離の演算手順を説明するためのトラッククレーン
の側面図および同図におけるモーメントの釣り合いを示
す図、第５図は、本発明の一実施例の構成を示す概略ブ
ロック回路図である。

以下、トラッククレーンの動作状態下における各種基本
データの演算手順につき、説明する。

第１図において、直交座標系のＸ軸、ｙ軸を図のように
とり、縦方向の荷重センサ３ａ、３ｃまたは３ｂ、　３
ｄ　間の距離をＱ、横方向の荷重センサ３ａ、３ｂまた
は３ｃ、　３ｄ　間の距離をＬとする。

（ｉ）　吊上荷重（１１の検、実 弟１図において、ブーム５が吊り荷を吊り上げる前すな
わち吊り荷重ｔｔ　Ｏ１１の状態で、各荷重センサ３ａ
〜３ｄがらの検出荷重値（それぞれ順にＰ＋　、Ｐ２　
、Ｐ３．Ｐ４　）の和を”ｏ”に調整する。その後吊り
荷をブーム５で吊り上げ、第５図に示すように荷重検出
手段２０ａ〜２゜ｄ（荷重センサ３ａ〜３ｄに対応する
）からの検出荷重値を例えば、加算器でなる吊上荷重演
算手段２１で単純加算し、 Ｗｏ　＝Ｐ＋　十Ｐ２　＋Ｐｓ　十Ｐ４　（１）のよう
にして吊上荷重Ｗｏを得ることができる。

（ｉｉ）　作業半径の検出 第３図（、）は、第１図のクレーンの側面図であり、Ｘ
平面を示す。このＸ平、面において、旋回中心０から吊
り荷１９までの水平距離をＲｘとする（同様にしてＸ平
面においては、水平距離をＲｙとする）。第３図（ｂ）
において、Ｐ＋２は検出荷重値Ｐ１とＰ２との和、ｐＨ
４はＰ３と１〕１１との和を示す（後述するＰ＋３゜Ｐ
２４も同４ｉ１）。ここでモーメントの釣り合いを考え
ると、 Ｐ＋　２　・Ｑ＝Ｗｏ　（Ｒｘ’　Ｑ／２）　（２）と
なり、この式を書き換えると、 Ｒｘ　＝　（Ｐ＋　２　・Ｕ）／Ｗｏ　＋Ｑ／２　（２
）’としてχ方向の水平距離がまる。同様にしてｙ方向
の水平距離Ｒｙは、 Ｒｙ　＝（Ｐ２４　・Ｌ）／Ｗｏ　＋Ｌ／２　（３）と
なるので実際の作業半径Ｒは（２）′式と（３）式より Ｒ＝　（Ｒｘ２＋　Ｒｙ”　）Ｊ’　（４）としてめる
ことができる。これを第５図についてみれば、各荷重検
出手段２０ａ〜２０ｄから検出荷重値Ｐ１〜Ｐ４を、吊
上荷重演算手段２１から吊上荷重ＷＯを支持点間隔デー
タ発生器２２から支持点間隔データＬ、２（すなわち横
方向アウトリガ間隔し、縦方向アウトリガ間隔ρ）を、
それぞれ入力信号として受けて作業半径演算手段２３で
、」二記（２）′式、（３）式および（４）式の演算を
行ない、そのときのブームの水平方向距離すなわち作業
半径Ｒを得る。

（ｉｉｉ）　旋回中心０からブーム５の重心までの水平
距離の検出 第４図（ａ）に示すように、ブーム５の長さを１１、ブ
ーム５の重心からブーＡｓ　５のフットピン（ブーム５
の回転軸）までの長さをＨａ、ブーム５の重量をＷＢ、
ターンテーブル４の重量をＷｃ（荷重センサ３ａ〜３ｄ
に加わる吊上荷重Ｗｏおよびブーム５の重ｉＷｎ以外の
クレーンの重量）とし、第４図（ｂ）に示すように、旋
回中心０とターンテーブル４の重量Ｗｃの負荷点までの
距離をＸ、旋回中心０とブーム５の重量ＷＢの負荷点ま
での水平距離をＲｅｘとすると、モーメントの釣り合い
より、 Ｗｃ　（ｘ＋Ｑ／２）＝ＷＢ　（Ｒ［ｌ　ｘ−Ｑ／２）
十Ｗｏ　（Ｒｘ−Ｑ／２）　（５） となり、この（５）式をＲｎｘについて解くと、となる
ので、実際のブーム５の重心までの水平距離ＲＢは、作
業半径Ｒをめた場合と同様にして、Ｘ平面における距離
をＲＩＩｙとすると、ＲＢ　＝＝　（ＲＢｘ”　＋ＲＢ
ｙ２）％　（６）としてめることができる。

これを第５図のブロック図について説明すると。

作業半径演算手段２３から作業半径Ｒｘ、Ｒ，ｙを、吊
上荷重演算手段２１から吊」二荷重Ｗ　ｏを、支持点間
隔データ発生器２２から支持点間隔データＬ、Ｑを、タ
ーンテーブルおよびブームの自重データ発生器２４から
ターンテーブルの自重Ｗｃ（ブームの自重および吊り荷
重を除くトラッククレーンの自重）およびブームの自重
Ｗｎを、それぞれ入力信号として受けるブーム重心距離
演算手段２５で、上記演算を行ない旋回中心からブーム
５の重心までの水平距離ＲＢをめることができる。

（１ｖ）　ブームの長さの検出 ブーム５の長さＩ−１は、第４図（ａ）に示す如くブー
ム５の俯仰角を０、旋回中心Ｑがらブーム５のフットピ
ン（ブーム下端）までの水平距離をρ′とすれば、ｌ　
ｊ　ｉ　）でめたブーム５の重心までの距離Ｒｅを用い
てめら九る。

Ｒ−ｆｌ’　＝Ｈ−ｃｏｓＯ（７） Ｒｎ　−Ｑ’　＝ＨＢ−ｃｏｓＯ（７）’の関係がある
から、（７）、（７）’式よりＨ＝　ＨＤ・（Ｒ−Ｑ’
　）／（ＲＢ　−Ｑ’　）（８）ここで、ブーム５は伸
縮し得るテレスコピックブームであるとしてＨｎを［Ｉ
の関数、即ちＨａ＝　ｆ　（Ｈ）の関係で表わすと、 Ｈ＝ｆ（Ｈ）・Ｒ／Ｒｎ　（８）’ として、ブームの長さＨをめることができる。

これを第５図について説明すると１作業半径演算手段２
３から作業半径Ｒを、ブーム重心距離演算手段２５から
ブーム重心距離Ｒｓを、ブーム長関数ｆ　（Ｈ）設定器
２Ｇから予め設定した関数ｆ（Ｈ）データを、それぞれ
入力信号として受けてブーム長演算手段２７によりブー
ムの長さ■］を演算する。

（Ｖ）　俯仰角の検出 （ｉｖ）の（７）式より ０＝ａｒｃｃｏｓ　（、（Ｒ−Ｑ’　）／Ｈ）　（９）
としてめることができる。これは、第５図における俯仰
角演算手段２８により演算によりデータを得ることがで
きる。

（ｖｉ）　ブームの旋回角の検出 ブーム５のＸ軸からの旋回角（第１図参照）をφとする
と、（１１）の作業半ＲでめたＸ方向成分艮Ｘおよびｙ
方向成分Ｒｙより余弦定理を用いて。

Ｒｙ２＝Ｒ２＋Ｒｘ”−２Ｒ−Ｒｘ−ｃｏｓφ（１０） この式（１０）をφについて解けば、 φ＝＝ａｒｃｃｏｓ　（（Ｒ”　十Ｒｘ”　−Ｒｙ２）
／　２　Ｒ−Ｒｘ）　−（１０）’ としてめることができる。

この演算は、第５図における旋回角演算手段２９により
行なわれる。

第６図は、上述したように゛′アウトリガ２ａ〜２ｄ（
または車輪の懸架装置）に設けた荷重センサ３ａ〜３ｄ
（または荷重検出手段２０ａ〜２０ｄ）の荷重検出値Ｐ
１〜Ｐ４を用いて、上記（ｉ）〜（ｖｌ）において述べ
た種々の基本データの検出あるいは演算のステップを示
すフローチャー１〜である。このフローチャートについ
ては、上述したところと重複するのでその説明は省略す
る。

上述した実施例によれば、アウトリガまたは車輪の支持
部に設けた４個の荷重センサの荷重検出値ＰＩ−Ｐ４の
みを検出するだけで、モーメントリミッタ等のクレーン
の安全装置において用いる過負荷検出のための全てのデ
ータを簡単な演算（手段）によって得ることができる。

特に、検出器としては、従来のように異種の検出器を用
いないので、高精度化が実現可能で、取付、調整、点検
、保守が容易で、トータルコストを低減させることがで
きる。

また、荷重センサ３ａ〜３ｄは第２図（ａ）〜（ｅ）に
示すように、いずれの場合にもアウトリガ２あるいはト
ラックの車軸１４等に設置されているため、荷重センサ
３ａ〜３ｄの着脱、調整を行なうことがきわめて容易で
あるとともに高所に設置した場合のように危険を伴うこ
とがない。また、従来のごとくブーム５等の稼動部に荷
重センサ３ａ〜３ｄを設置した場合、遠心力により検出
値が変わってしまう場合があったが、このように作業中
不動の箇所に設置しておくと、そのような心配はなく正
確な検出が可能となる。

尚、本発明は上述した実施例にのみ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内において種々の
変形実施が可能である。

例えば、上記実施例において荷重センサは、アウトリガ
２ａ〜２ｄの先端部とフロートとの間に介挿した形式の
ものを示したが、要は各アウ１−リガに負荷された荷重
に対応して弾性変形製する部分にひずみゲージを添着す
ればよい。

また、荷重センサの数は、固定地盤に接地されるアウト
リガまたは車輪の数だけ設置すればよく、例えば、アラ
１−リガが３点で支持されるものであれば、荷重センサ
３個でも上記基本データを得ることができる。

以上詳述したように本発明によれば、同一種類でしかも
少数の荷重検出手段のみにより、クレーンの作動状態下
における吊上荷重、作業半径、ブーム長、俯仰角等過負
荷検出に不可欠な基本データを検出することができ、荷
重検出手段のクレーンへの取付、調整、保守等が容易で
、従来のものに比し過負荷検出に伴なうトータルコスト
を大幅に低減し得るクレーンの過負荷検出用基本データ
検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したトラッククレーンの平面図
、第２図（ａ）〜（ｅ、）、は本発明に係る荷重検出手
段の種種の設置例を示す図、第３図（ａ）および（ｂ）
は本発明装置において作業半径の演算手順を説明するた
めのトラッククレーンの側面図および同図におけるモー
メン１〜の釣り合いを示す図、第４図（ａ）および（ｂ
）は旋回中心からブームの重心までの水平距離の演算手
順を説明するためのトラッククレーンの側面図および同
図におけるモーメントの釣り合いを示す図、第５図は、
本発明の一実施例の構成を示す回路ブロック図、第６図
は同実施例の動作を説明するためのフローチャー１−を
示す。 ｌ・・・・台車　２ａ〜２ｄ・・・・・アラ１ヘリガ３
・・・・・・荷重センサ　４・・・・・ターンテーブル
５・・・・・ブーム　６・・・・・・フロート９・・・
・・ひずみゲージ　１２・・・・・・圧力センサ１４・
・・・・・車軸　】９・・・・・・吊り荷２０・・・・
・・荷重検出手段 ２１・・・・・・吊上荷重演算手段 ２２・・・・・・支持点間隔データ発生器２３・・・・
・・作業半径演算手段 ２４・・・・・・ターンテーブルおよびブームの自重デ
ータ発生器 ２５・・・・・・ブーム重心距離演算手段２６・・・・
・・ブーム長関数ｆ（１−１）設定器２７・・・・・・
ブーム長演算手段 ２８・・・・・・俯仰角演算手段 ２９・・・・・旋回角演算手段 第　１　図 第２図 （ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定地盤上に複数の張出し支持脚を突出させて荷
   物の吊り」二げ作業を行なうトラッククレーンにおける
   ブームの自重および該ブームによって吊り上げら牡だ吊
   上荷重により生じる過負荷の検出を行なうための基本デ
   ータを検出する装置において、前記張出し支持脚の各々
   に設置されその張出し支持脚に負荷される荷重をそれぞ
   Ａし独立して検出する荷重検出手段と、前記ブームに吊
   上荷重が負荷さ汎ないときを基準として任意の吊上荷重
   が負荷されたとき前記荷重検出手段により検出された各
   荷重を加算することにより前記吊上荷重を演算する吊上
   荷重演算手段と、前記荷重検出手段よりの各検出荷重と
   前記吊上荷重演算手段よりの吊上荷重と前記張出し支持
   脚の二方向の既知の各水平距離をもとに該張出し支持脚
   のうち一側の２．つの張出し支持脚を支点とするモーメ
   ントの釣り合いより作業半径を演算する作業半径演算手
   段と、前記吊上荷重と前記作業半径と既知の前記ブーム
   の自重および前記ブーム以外のクレーンの自重とによる
   モーメン１〜の釣り合いよりクレーンの旋回中心からブ
   ームの重心までの水平距離を演算するブーム重心距離演
   算手段と、前記作業半径と前記ブーム重心距離と予め設
   定さＡしるブームの長さの関数である旋回中心からブー
   ム重心までの距離とよりブームの長さ髪演算するブーム
   長演算手段と、前記作業半径と前記ブーム重心距離とよ
   りブームの俯仰角をめる俯仰角演算手段とを具備したこ
   とを特徴とするクレーンの過負荷検出用基本データ検出
   装置６
2. （２）　トラックの車輪を介して固定地盤上に支持され
   荷物の吊り上げ作業を行なう１−ラッククレーンのブー
   ムの自重および該ブームによって吊り上げられた吊上荷
   重により生じる過負荷の検出を行なうための基本データ
   を検出する装置において、前記各車輪の輪荷重をそれぞ
   れ独立して検出すべく各車軸または該車軸を支持する部
   材に設置された荷重検出手段と、前記ブームに吊上荷重
   が負荷されないときを基準として任意の吊上荷重が負荷
   されたとき前記荷重検出手段により検出された各荷重を
   加算することにより前記吊上荷重をめる吊上荷重演算手
   段と。 前記各軸重と前記吊上荷重と前記車軸の二方向の水平距
   離とをもとに前記車輪のうち一側の２つの車軸を支点と
   するモーメン１への釣り合いより作業半径を演算する作
   業半径演算手段と、既知の前記ブームの自重と前記ブー
   ム以外の前記トラッククレーンの自重と前記吊上荷重と
   前記作業半径とによるモーメン１〜の釣り合いよりクレ
   ーンの旋回中心からブームの重心までの水平距離を演算
   するブーム重心距離演算手段と、前記作業半径と前記ブ
   ーム重心距離と予め設定されるブームの長さの関数であ
   る旋回中心からブーム重心までの距離とよりブームの長
   さを演算するブーム長演算手段と、前記作業半径と前記
   ブーム長とよりブームの俯仰角をめる俯仰角演算手段と
   を具備したことを特徴とするクレーンの過負荷検出用基
   本データ検出装置。