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JP7602355B2 - Load rotation device - Google Patents

Load rotation device Download PDF

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JP7602355B2
JP7602355B2 JP2020201247A JP2020201247A JP7602355B2 JP 7602355 B2 JP7602355 B2 JP 7602355B2 JP 2020201247 A JP2020201247 A JP 2020201247A JP 2020201247 A JP2020201247 A JP 2020201247A JP 7602355 B2 JP7602355 B2 JP 7602355B2
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JP
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load
gimbal
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rotation
flywheel
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JP2020201247A
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徳彦 阿藻
雅次 夛田
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Kitagawa Iron Works Co Ltd
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Kitagawa Iron Works Co Ltd
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Description

本発明は、クレーン等の吊荷を旋回させるための吊荷旋回装置に関する。 The present invention relates to a load rotation device for rotating a load such as a crane.

クレーンを用いた荷役作業では、吊荷を所定の向きになるまで旋回(水平旋回)させてから目的の場所に降ろすことが行われている。吊荷の旋回は、通常、近くに立った補助者が吊荷を介錯する(吊荷を引っ張ったり押したりする)ことで行われる。しかし、吊荷が大きい場合や重い場合には、複数人の補助者が意思疎通しながら作業しなければならず、作業効率が著しく低下するという問題があった。また、吊荷の近くで作業員が介錯していると、旋回中の吊荷が当たって作業員が転倒する等の事故が生じるおそれもあった。 In loading and unloading operations using cranes, the load is rotated (horizontally rotated) until it is in the specified orientation, and then lowered to the desired location. Rotating a load is usually accomplished by an assistant standing nearby assisting the load (pulling or pushing the load). However, when the load is large or heavy, multiple assistants must work together while communicating with each other, which creates the problem of significantly reducing work efficiency. In addition, if a worker is assisting the load nearby, there is a risk of an accident, such as the worker falling over if hit by the rotating load.

このような実状に鑑みて、吊荷を人力によらず機械的に旋回させる装置(吊荷旋回装置)が開発され、当該装置は、荷役作業で用いられている。吊荷旋回装置としては、特許文献1の第1図に示されるように、ジャイロ装置(同図の符号10を参照。)を組み込んだものが知られている。ジャイロ装置は、特許文献1の第2図に示されるように、「フライホイール」と呼ばれる円盤状の部材(同図における符号10aを参照。)と、フライホイールを軸支する「ジンバル」と呼ばれる部材(同図における符号11を参照。)を備えている。この種の吊荷旋回装置は、クレーンのフックと吊荷との間に介在され、フライホイールを高速で回転させながらジンバルを傾動(傾転)させることで生ずるジャイロ効果によって吊荷を旋回させる。 In light of this situation, a device that mechanically rotates a suspended load without human power (load rotation device) has been developed and is used in cargo handling operations. A known load rotation device incorporates a gyro device (see reference number 10 in the figure), as shown in FIG. 1 of Patent Document 1. As shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the gyro device includes a disk-shaped member called a "flywheel" (see reference number 10a in the figure) and a member called a "gimbal" that supports the flywheel (see reference number 11 in the figure). This type of load rotation device is interposed between the hook of the crane and the suspended load, and rotates the load by the gyro effect generated by tilting (tilting) the gimbal while rotating the flywheel at high speed.

しかし、上記の吊荷旋回装置では、ジンバルを一方向に傾転し続けている間、フライホイールからジンバルにジャイロ効果が及ぼされ続け、吊荷の旋回速度が上昇し続ける。このため、吊荷が軽負荷なものである場合には、吊荷の旋回速度が速くなりすぎてしまい、危険を招くおそれがある。この点、これまでには、吊荷の旋回速度をフィードバック制御するようにした吊荷旋回装置も提案されている。例えば、特許文献2の段落0022~0032及び図1には、ジャイロ効果を利用して吊荷を旋回させる吊荷姿勢制御装置(吊荷旋回装置)において、吊荷角速度φ’(吊荷の旋回速度)をジャイロセンサ101で読み取り、角速度指令値φ’と吊荷角速度φ’との偏差がゼロになるようにトルクコントローラ206で制御することが記載されている。 However, in the above-mentioned load rotation device, while the gimbal continues to tilt in one direction, the gyro effect continues to be applied from the flywheel to the gimbal, and the rotation speed of the load continues to increase. Therefore, if the load is a light load, the rotation speed of the load may become too fast, which may cause danger. In this regard, load rotation devices that feedback control the rotation speed of the load have been proposed. For example, paragraphs 0022 to 0032 and FIG. 1 of Patent Document 2 describe that in a load attitude control device (load rotation device) that uses the gyro effect to rotate a load, the load angular velocity φ' M (rotation speed of the load) is read by a gyro sensor 101, and the torque controller 206 controls the load angular velocity φ' M so that the deviation between the angular velocity command value φ' and the load angular velocity φ' M becomes zero.

特開昭63-074891号公報Japanese Patent Application Publication No. 63-074891 特開2014-133600号公報JP 2014-133600 A

ところが、吊荷の旋回速度をフィードバック制御するタイプの吊荷旋回装置では、吊荷の旋回速度の補正処理が後追いとなってしまうため、風等の外乱が生じた場合には、修正処理が追いつくまでの間、制限値を超えた旋回速度で吊荷が旋回し続けるおそれがある。また、吊荷の旋回速度を検出するセンサ(ジャイロセンサ等)を設ける必用があるだけでなく、様々な演算が必要となる等、複雑な制御を行う必要もある。 However, in a load rotation device that uses feedback control of the load rotation speed, the correction process for the load rotation speed is delayed, so if a disturbance such as wind occurs, there is a risk that the load will continue to rotate at a rotation speed that exceeds the limit until the correction process catches up. Also, not only is it necessary to provide a sensor (such as a gyro sensor) that detects the load rotation speed, but it is also necessary to perform complex control, such as various calculations.

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、風等の外乱が生じた場合であっても、吊荷の旋回速度を確実に制限することができる吊荷旋回装置を提供するものである。また、吊荷の旋回速度を検出するセンサを別途用いないシンプルな方法で、吊荷の旋回速度を制限することも本発明の目的である。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a load rotation device that can reliably limit the rotation speed of a suspended load even when disturbances such as wind occur. Another object of the present invention is to limit the rotation speed of a suspended load using a simple method that does not require a separate sensor to detect the rotation speed of the suspended load.

上記課題は、
フライホイールと、
フライホイールを回転駆動するフライホイール回転用電動機と、
フライホイールを軸支するジンバルと、
ジンバルを傾転駆動するジンバル傾転用電動機と
を備え、
フライホイールを回転させながらジンバルを傾転させたときに生じるジャイロ効果によって、吊荷を旋回させるようにした吊荷旋回装置であって、
ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが制限値Tを超えると、ジンバル傾転用電動機への入力電流をそのときの値で保持して、ジンバル傾転用電動機による傾転を停止することで、吊荷の旋回速度(吊荷の旋回の角速度のこと。以下同じ。)を制限する旋回速度制限手段を備えたことを特徴とする吊荷旋回装置
を提供することによって解決される。
The above issues are:
A flywheel and
a flywheel rotating motor that drives the flywheel to rotate;
A gimbal that supports the flywheel;
a gimbal tilting motor that drives the gimbal to tilt;
A load rotation device that rotates a load by using a gyro effect that occurs when a gimbal is tilted while a flywheel is rotated,
This problem is solved by providing a load rotation device characterized in that it is equipped with a rotation speed limiting means which, when the tilt torque T of the gimbal tilting motor exceeds a limit value Tr , holds the input current to the gimbal tilting motor at the value at that time, thereby stopping the tilting by the gimbal tilting motor, thereby limiting the rotation speed of the load (meaning the angular velocity of rotation of the load; the same applies below).

既に述べたように、ジャイロ効果を利用した吊荷旋回装置では、ジンバルを一方向に傾転し続けている間、フライホイールからジンバルに及ぼされるジャイロ効果によって、吊荷の旋回速度が上昇し続ける。このため、吊荷が旋回を開始すると、吊荷の旋回によるジャイロ効果が発生し、ジンバル傾転用電動機の出力軸には、当該出力軸が回転(傾転)している向きとは逆向きのトルクが加わるようになる。以下においては、この逆向きのトルクを、「吊荷旋回によって生じるトルク」と呼び、記号「T’」を用いて「トルクT’」と表記することがある。また、ジンバル傾転用電動機がジンバルを傾転させるために出力軸に出力するトルクを「傾転トルク」と呼び、記号「T」を用いて「傾転トルクT」と表記することがある。 As already mentioned, in a load rotation device that utilizes the gyroscopic effect, while the gimbal continues to tilt in one direction, the rotation speed of the load continues to increase due to the gyroscopic effect exerted on the gimbal by the flywheel. Therefore, when the load starts to rotate, a gyroscopic effect is generated by the rotation of the load, and a torque is applied to the output shaft of the gimbal tilting motor in the opposite direction to the direction in which the output shaft is rotating (tilting). In the following, this reverse torque is referred to as "torque generated by load rotation" and may be expressed as "torque T'" using the symbol "T'". In addition, the torque that the gimbal tilting motor outputs to the output shaft to tilt the gimbal is referred to as "tilting torque" and may be expressed as "tilting torque T" using the symbol "T".

吊荷旋回によって生じるトルクT’は、吊荷の旋回速度が上昇するにつれて大きくなる。トルクT’は、ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTから見ると、抵抗力(抵抗トルク)となる。このため、吊荷の旋回速度が速くなるにつれて、ジンバル傾転用電動機の出力軸には大きな抵抗トルク(トルクT’)が加わるようになり、ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが大きくなっていく。逆に、吊荷の旋回速度が遅くなるにつれて、ジンバル傾転用電動機に加わる抵抗トルク(トルクT’)が小さくなり、ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが小さくて済むようになる。このように、吊荷の旋回速度は、シンバル傾転用電動機の傾転トルクTに直に反映される。 The torque T' generated by the rotation of the load increases as the rotation speed of the load increases. When viewed from the perspective of the tilt torque T of the gimbal tilt motor, torque T' becomes a resistance force (resistance torque). For this reason, as the rotation speed of the load increases, a large resistance torque (torque T') is applied to the output shaft of the gimbal tilt motor, and the tilt torque T of the gimbal tilt motor increases. Conversely, as the rotation speed of the load decreases, the resistance torque (torque T') applied to the gimbal tilt motor decreases, and a smaller tilt torque T of the gimbal tilt motor is sufficient. In this way, the rotation speed of the load is directly reflected in the tilt torque T of the gimbal tilt motor.

この点、本発明の吊荷旋回装置は、ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが制限値Tを超えたとき(吊荷の旋回速度が上限を超えそうなとき)に、ジンバル傾転用電動機による傾転を停止することで、吊荷の旋回速度がそれよりも上昇しない(旋回速度を制限する)ようになっている。吊荷の旋回速度が直に反映される傾転トルクTに基づいて吊荷の旋回速度を制限することによって、風等の外乱が生じている場合であっても、吊荷の旋回速度が上限を超えそうなときには、速やか且つ確実に吊荷の旋回速度を制限することができる。また、複雑な演算を行う必要がなく、シンプルな方法で吊荷の旋回速度を制限することもできる。 In this regard, the load rotation device of the present invention is configured to stop the tilting by the gimbal tilting motor when the tilting torque T of the gimbal tilting motor exceeds the limit value Tr (when the rotation speed of the load is about to exceed the upper limit), thereby preventing the rotation speed of the load from increasing any further (limiting the rotation speed). By limiting the rotation speed of the load based on the tilting torque T, which directly reflects the rotation speed of the load, it is possible to quickly and reliably limit the rotation speed of the load when the rotation speed of the load is about to exceed the upper limit, even when there is a disturbance such as wind. In addition, it is possible to limit the rotation speed of the load in a simple manner without the need for complex calculations.

本発明の吊荷旋回装置において、上記の一連の動作(傾転トルクTが制限値Trを超えたときに吊荷の旋回速度を制限する動作)は、旋回速度制限手段によって実行される。この旋回速度制限手段としては、電流制限式のトルクリミッターが挙げられる。ジンバル傾転用電動機(交流モーター)と電源との間には、通常、ジンバル傾転用電動機に入力する交流電流の周波数を制御するインバータ装置が介在されるところ、電流制限式のトルクリミッターは、このインバータ装置による制御で実現することができる。このため、本発明の吊荷旋回装置では、吊荷の旋回速度を検出するためのセンサ(ジャイロセンサ等)を別途設ける必用がない。したがって、吊荷旋回装置の構成をシンプルにすることもできる。 In the load rotation device of the present invention, the above series of operations (operations that limit the rotation speed of the load when the tilt torque T exceeds the limit value Tr) are executed by a rotation speed limiting means. An example of this rotation speed limiting means is a current-limiting torque limiter. An inverter device that controls the frequency of the AC current input to the gimbal tilting motor is usually interposed between the gimbal tilting motor (AC motor) and the power source, and the current-limiting torque limiter can be realized by control using this inverter device. Therefore, in the load rotation device of the present invention, there is no need to provide a separate sensor (such as a gyro sensor) for detecting the rotation speed of the load. This makes it possible to simplify the configuration of the load rotation device.

好ましくは、制限値Tを調節する制限値調節手段を備えた吊荷旋回装置が提供される。 Preferably, a load slewing device is provided that is provided with a limit value adjusting means for adjusting the limit value T r .

好ましくは、ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが制限値T未満になると、旋回速度制限手段による吊荷の旋回速度の制限が解除されて、ジンバル傾転用電動機の入力電流が上昇し、ジンバル傾転用電動機の傾転が再開される吊荷旋回装置が提供される。 Preferably, a load rotation device is provided in which, when the tilt torque T of the gimbal tilting motor falls below a limit value Tr , the limit on the rotation speed of the load by the rotation speed limiting means is released, the input current to the gimbal tilting motor increases, and tilting of the gimbal tilting motor resumes.

以上のように、本発明によって、風等の外乱が生じた場合であっても、吊荷の旋回速度を確実に制限することができる吊荷旋回装置を提供することが可能になる。また、吊荷の旋回速度を検出するセンサを別途用いないシンプルな方法で、吊荷の旋回速度を制限することも可能になる。 As described above, the present invention makes it possible to provide a load rotation device that can reliably limit the rotation speed of a suspended load even when disturbances such as wind occur. It also makes it possible to limit the rotation speed of a suspended load using a simple method that does not require a separate sensor to detect the rotation speed of the suspended load.

吊荷旋回装置を用いてクレーンの吊荷を旋回させている様子を示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a load of a crane is rotated using a load rotation device. 吊荷旋回装置による吊荷の旋回動作の一例を示したフロー図である。FIG. 4 is a flow chart showing an example of a load rotation operation by the load rotation device. 吊荷旋回装置において、制限値Tを変化させたときのジンバル傾転用電動機への通電時間と吊荷の旋回速度との関係を示したグラフである。13 is a graph showing the relationship between the power supply time to the gimbal tilting motor and the rotation speed of the load when the limit value T r is changed in the load rotation device.

吊荷旋回装置の好適な実施形態について、図面を用いてより具体的に説明する。図1は、吊荷旋回装置10を用いてクレーンの吊荷50を旋回させている様子を示した斜視図である。図1の丸囲み拡大部分は、吊荷旋回装置10の内部構造を透視した状態で描いている。 A preferred embodiment of the load slewing device will now be described in more detail with reference to the drawings. Figure 1 is a perspective view showing how a load 50 from a crane is slewing using the load slewing device 10. The enlarged circled portion of Figure 1 shows the internal structure of the load slewing device 10 in a see-through state.

吊荷旋回装置10は、図1に示すように、クレーンのフック60等から吊り下げられた吊荷50を、鉛直軸線Lを中心として矢印Aの方向に旋回させるものである。吊荷旋回装置10は、それ自身が鉛直軸線L回りに旋回したときにその旋回力を吊荷50に伝達できる場所に設けられる。図1に示した例では、吊荷50とクレーンのフック60との間に吊荷旋回装置10を介在させており、吊荷旋回装置10が吊荷50よりも上側に取り付けられているが、吊荷50の下側に取り付けられても、吊荷50を旋回させることができる。 As shown in Fig. 1, the load slewing device 10 rotates a load 50 suspended from a crane hook 60 or the like in the direction of arrow A1 around a vertical axis L1 . The load slewing device 10 is provided in a location where it can transmit a rotation force to the load 50 when it rotates around the vertical axis L1 . In the example shown in Fig. 1, the load slewing device 10 is interposed between the load 50 and the crane hook 60, and is attached above the load 50, but even if it is attached below the load 50, the load 50 can be rotated.

吊荷旋回装置10は、フライホイール11と、フライホイール回転用電動機12と、ジンバル13と、ジンバル傾転用電動機14と、旋回速度制限手段15とを、筐体16内に収めている。フライホイール11は、円盤状を為しており、その中心部を、軸線Lを中心として矢印Aの方向に回転可能な状態でジンバル13に軸支されている。フライホイール回転用電動機12は、フライホイール11を軸線L回りに回転駆動させる。ジンバル13は、フライホイール11を囲うフレーム状を為しており、その両端部を、軸線Lを中心として矢印Aの方向に傾転可能な状態で軸支されている。ジンバル13の傾転中心となる軸線Lと、フライホイール11の回転中心となる軸線Lは、互いに非平行(交差した状態)とされ、通常、直交した状態とされる。ジンバル傾転用電動機14は、ジンバル13を軸線L回りに傾転駆動させる。旋回速度制限手段15は、吊荷50の旋回速度(吊荷50の旋回の角速度)を制限するものである。 The load rotation device 10 includes a flywheel 11, a flywheel rotation motor 12, a gimbal 13, a gimbal tilt motor 14, and a rotation speed limiting means 15 housed in a housing 16. The flywheel 11 is disk-shaped, and its center is supported by the gimbal 13 in a state in which it can rotate in the direction of the arrow A2 about an axis L2 . The flywheel rotation motor 12 drives the flywheel 11 to rotate about the axis L2 . The gimbal 13 is frame-shaped surrounding the flywheel 11, and both ends are supported in a state in which it can tilt in the direction of the arrow A3 about an axis L3 . The axis L3 , which is the tilt center of the gimbal 13, and the axis L2 , which is the rotation center of the flywheel 11, are not parallel to each other (intersect) and are usually perpendicular to each other. The gimbal tilting motor 14 drives the gimbal 13 to tilt about the axis L3 . The rotation speed limiting means 15 limits the rotation speed of the suspended load 50 (angular velocity of rotation of the suspended load 50).

本実施形態の吊荷旋回装置10においては、フライホイール回転用電動機12及びジンバル傾転用電動機14を、いずれも電気モーターとしている。このうち、ジンバル傾転用電動機14を構成する電気モーター(交流モーター)には、ジンバル傾転用電動機14に入力する交流電流の周波数を制御するインバータ装置(図示省略)が接続され、このインバータ装置には、電流制限式のトルクリミッターが備えられている。このトルクリミッターは、後述するように、旋回速度制限手段15として機能する。いずれの電気モーター(フライホイール回転用電動機12及びジンバル傾転用電動機14)にも電流が入力されていない非稼働状態にあっては、フライホイール11は、軸線L回りに自由に回転できる状態であり、ジンバル13は、軸線L回りに自由に傾転できる状態である。この非稼働状態においては、フライホイール11が鉛直方向に立つ(フライホイール11の回転中心である軸線Lが水平に寝る)ように、フライホイール11及びジンバル13等のバランスがとられている。 In the load rotation device 10 of this embodiment, the flywheel rotation motor 12 and the gimbal tilt motor 14 are both electric motors. An inverter device (not shown) that controls the frequency of the AC current input to the gimbal tilt motor 14 is connected to the electric motor (AC motor) that constitutes the gimbal tilt motor 14, and this inverter device is equipped with a current-limiting torque limiter. This torque limiter functions as a rotation speed limiting means 15, as described later. In a non-operating state in which no current is input to either electric motor (the flywheel rotation motor 12 and the gimbal tilt motor 14), the flywheel 11 is in a state in which it can freely rotate around the axis L2 , and the gimbal 13 is in a state in which it can freely tilt around the axis L3 . In this non-operating state, the flywheel 11 and the gimbal 13 are balanced so that the flywheel 11 stands vertically (the axis L2 , which is the center of rotation of the flywheel 11, lies horizontally).

上記の非稼働状態から、フライホイール回転用電動機12を駆動(フライホイール回転用電動機12への電流の入力を開始)すると、フライホイール11が軸線L回りに回転(矢印Aの方向に回転)し始める。また、ジンバル傾転用電動機14を駆動(ジンバル傾転用電動機14への電流の入力を開始)すると、ジンバル13が軸線L回りに傾転(矢印Aの方向に傾転)し始める。このように、フライホイール11が回転しているときにジンバル13を傾転させると、フライホイール11からジンバル13にジャイロ効果が及ぼされるようになり、吊荷旋回装置10の筐体16には、鉛直軸線L回りのジャイロモーメントが生じる。このジャイロモーメントによって、吊荷旋回装置10が鉛直軸線L回りに旋回(矢印Aの方向に旋回)する。吊荷50は吊荷旋回装置10の下側に吊り下げられているため、吊荷旋回装置10が鉛直軸線L回りに旋回すると、吊荷50も鉛直軸線L回りに旋回(矢印Aの方向に旋回)する。 When the flywheel rotation motor 12 is driven (current input to the flywheel rotation motor 12 is started) from the above non-operating state, the flywheel 11 starts to rotate about the axis L2 (rotate in the direction of the arrow A2 ). When the gimbal tilting motor 14 is driven (current input to the gimbal tilting motor 14 is started), the gimbal 13 starts to tilt about the axis L3 (tilt in the direction of the arrow A3 ). In this way, when the gimbal 13 is tilted while the flywheel 11 is rotating, a gyro effect is exerted from the flywheel 11 to the gimbal 13, and a gyro moment is generated in the housing 16 of the load rotation device 10 about the vertical axis L1 . This gyro moment causes the load rotation device 10 to rotate about the vertical axis L1 (rotate in the direction of the arrow A1 ). Since the load 50 is suspended below the load slewing device 10, when the load slewing device 10 rotates about the vertical axis L1 , the load 50 also rotates about the vertical axis L1 (rotates in the direction of arrow A3 ).

吊荷50が旋回する向きは、フライホイール11を回転させる向きや、ジンバル13を傾転させる向きを逆にすると、逆転させることができる。吊荷50が所望の向きとなるまで旋回すると、吊荷旋回装置10による旋回を停止し、吊荷50の旋回を止める。本実施形態の吊荷旋回装置10は、リモートコントローラ17によって操作できる。 The direction in which the load 50 rotates can be reversed by reversing the direction in which the flywheel 11 is rotated or the direction in which the gimbal 13 is tilted. When the load 50 has rotated to the desired direction, the rotation by the load rotation device 10 is stopped, and the rotation of the load 50 is stopped. The load rotation device 10 of this embodiment can be operated by a remote controller 17.

以上のように、吊荷旋回装置10は、フライホイール11を回転させながらジンバル13を傾転させたときに生じるジャイロ効果によって、吊荷50を旋回させる。しかし、ジンバル13を傾転し続けている間は、フライホイール11からジンバル13にジャイロ効果が及ぼされ続け、吊荷50の旋回速度が上昇し続ける。このため、吊荷50の旋回速度を制限しないと、吊荷50の旋回速度が速くなりすぎてしまい、危険を招くおそれがある。 As described above, the load rotation device 10 rotates the load 50 by the gyro effect that occurs when the gimbal 13 is tilted while the flywheel 11 is rotating. However, while the gimbal 13 continues to tilt, the gyro effect continues to be exerted from the flywheel 11 to the gimbal 13, and the rotation speed of the load 50 continues to increase. For this reason, if the rotation speed of the load 50 is not limited, the rotation speed of the load 50 will become too fast, which may cause danger.

この点、吊荷旋回装置10では、上記の旋回速度制限手段15(トルクリミッター)によって、吊荷50の旋回速度の上昇を制限するようにしている。この旋回速度制限手段15(トルクリミッター)は、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクT(ジンバル傾転用電動機14がジンバル13を軸線L回りに傾転するトルク)が所定の制限値(Tとする。)を超えると、ジンバル傾転用電動機14への入力電流をそのときの値で保持して、ジンバル傾転用電動機による傾転を停止する。 In this regard, the load rotation device 10 uses the above-mentioned rotation speed limiting means 15 (torque limiter) to limit an increase in the rotation speed of the suspended load 50. When the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 (the torque with which the gimbal tilting motor 14 tilts the gimbal 13 about the axis L3 ) exceeds a predetermined limit value (defined as Tr ), this rotation speed limiting means 15 (torque limiter) holds the input current to the gimbal tilting motor 14 at the value at that time, and stops the tilting by the gimbal tilting motor.

すなわち、吊荷50が旋回しているときには、吊荷50の旋回によるジャイロ効果によって、ジンバル傾転用電動機14の出力軸には、当該出力軸が回転(傾転)している向き(傾転トルクTの向き)とは逆向きのトルクT’が加わるようになるため、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが増大する。つまり、吊荷50の旋回速度は、シンバル傾転用電動機14の傾転トルクTに直に反映される。このため、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTは、吊荷50の旋回速度の指標となる。したがって、シンバル傾転用電動機14を制限することによって、吊荷50の旋回速度の上昇を制限することができる。 That is, when the load 50 is rotating, the gyro effect caused by the rotation of the load 50 applies a torque T' to the output shaft of the gimbal tilting motor 14 in the opposite direction to the direction in which the output shaft is rotating (tilting) (the direction of the tilting torque T), and the tilting torque T of the gimbal tilting motor 14 increases. In other words, the rotation speed of the load 50 is directly reflected in the tilting torque T of the gimbal tilting motor 14. Therefore, the tilting torque T of the gimbal tilting motor 14 is an index of the rotation speed of the load 50. Therefore, by limiting the cymbal tilting motor 14, the increase in the rotation speed of the load 50 can be limited.

図2に、吊荷旋回装置10による吊荷50の旋回動作のフロー図の一例を示す。フライホイール11の回転は、図2のステップS1よりも前の段階で既に開始されているものとする。図2に示すように、吊荷50の旋回動作を開始する(ステップS1)と、ジンバル13の傾転が開始される(ステップS2)。具体的には、ジンバル傾転用電動機14への電流入力を開始し、その電流を増大させていく。すると、ジンバル13が初期位置(鉛直方向に立った状態)から一側に徐々に傾転し始め、フライホイール11の回転に起因するジャイロ効果によって、吊荷50が矢印A(図1)の方向に旋回をし始める。ジンバル13の傾転角度が増大するにつれて、吊荷50の旋回速度(吊荷50の旋回の角速度)が徐々に加速されていく。 FIG. 2 shows an example of a flow diagram of the rotation operation of the load 50 by the load rotation device 10. The rotation of the flywheel 11 is assumed to have already started at a stage prior to step S1 in FIG. 2. As shown in FIG. 2, when the rotation operation of the load 50 starts (step S1), the tilt of the gimbal 13 starts (step S2). Specifically, the current input to the gimbal tilting motor 14 starts, and the current is increased. Then, the gimbal 13 gradually starts to tilt to one side from the initial position (standing vertically), and the load 50 starts to rotate in the direction of the arrow A 1 ( FIG. 1 ) due to the gyro effect caused by the rotation of the flywheel 11. As the tilt angle of the gimbal 13 increases, the rotation speed of the load 50 (angular velocity of rotation of the load 50) gradually accelerates.

このように、ジンバル13が傾転され、吊荷50が旋回しているときに、上記のリモートコントローラ17等によって旋回停止操作が為される(ステップS3の「YES」)と、ジンバル傾転用電動機14への電流入力が停止される(ステップS7)。これにより、ジンバル13は、ジンバル傾転用電動機14による拘束が解かれて、矢印A(図1)の方向に自由に傾転できる状態となる。このため、ジンバル13の一側への傾転が停止され、その後は、慣性で旋回する吊荷50によるジャイロ効果によって、ジンバル13が逆向き(初期位置に復帰する側)に傾転し始め、吊荷50の旋回が停止する。これにより、吊荷50の旋回動作が終了する(ステップS8)。 In this way, when the gimbal 13 is tilted and the load 50 is rotating, if a rotation stop operation is performed by the remote controller 17 or the like ("YES" in step S3), the current input to the gimbal tilting motor 14 is stopped (step S7). As a result, the gimbal 13 is released from the restraint by the gimbal tilting motor 14 and can be freely tilted in the direction of the arrow A3 (FIG. 1). Therefore, the tilting of the gimbal 13 to one side is stopped, and thereafter, due to the gyro effect of the load 50 rotating by inertia, the gimbal 13 begins to tilt in the opposite direction (the side returning to the initial position), and the rotation of the load 50 is stopped. This ends the rotation operation of the load 50 (step S8).

これに対し、旋回停止操作が為されることなく、ジンバル13が傾転をし続ける(ステップS3の「NO」)と、吊荷50の旋回速度が上昇し続け、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTは、制限値Tに達するまで増大し続ける(ステップS4の「NO」)。一方、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが制限値Tを超える(ステップS4の「YES」)と、ジンバル13の傾転が停止される(ステップS5)。具体的には、ジンバル傾転用電動機14への入力電流がそのときの値で保持(そのときの通電状態を保持)される。ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが、吊荷50の旋回によって生じるジャイロ効果によるトルクT’(図1)と釣り合ったときに、ジンバル13の傾転が停止する。 On the other hand, if the gimbal 13 continues to tilt without performing a rotation stop operation ("NO" in step S3), the rotation speed of the load 50 continues to increase, and the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 continues to increase until it reaches the limit value T r ("NO" in step S4). On the other hand, if the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 exceeds the limit value T r ("YES" in step S4), the tilt of the gimbal 13 is stopped (step S5). Specifically, the input current to the gimbal tilting motor 14 is held at the value at that time (the current-carrying state at that time is held). When the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 is balanced with the torque T' (FIG. 1) due to the gyro effect caused by the rotation of the load 50, the tilt of the gimbal 13 stops.

ジンバル13の傾転が停止されると、フライホイール11の回転によるジャイロ効果が吊荷50に及ぼされなくなるため、吊荷50の旋回速度の上昇が止まる。ジンバル13の傾転が停止されても、吊荷50は慣性により旋回をし続けるが、摩擦等の抵抗を受けて、その旋回速度は徐々に低下していく。ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが制限値Tよりも大きい間は、ジンバル13の傾転が停止したままの状態が維持される(ステップS6の「NO」)ものの、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが制限値Tよりも小さくなると、再び、ジンバル13の傾転が開始される(ステップS6の「YES」)。 When the tilt of the gimbal 13 is stopped, the gyro effect caused by the rotation of the flywheel 11 is no longer exerted on the load 50, and the increase in the rotation speed of the load 50 stops. Even when the tilt of the gimbal 13 is stopped, the load 50 continues to rotate due to inertia, but the rotation speed gradually decreases due to resistance such as friction. While the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 is greater than the limit value T r , the state in which the tilt of the gimbal 13 is stopped is maintained ("NO" in step S6), but when the tilt torque T of the gimbal tilting motor 14 becomes smaller than the limit value T r , the tilt of the gimbal 13 starts again ("YES" in step S6).

以上のように、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTを制限する方法で、吊荷50の旋回速度を制限することによって、吊荷50の旋回速度を必要なときに速やかに制限することができる。このため、風等の外乱が生じている場合であっても、旋回速度が上限を超えないように確実に旋回速度の上昇を抑えることができる。また、複雑な演算を行う必要がなく、シンプルな方法で吊荷50の旋回速度を制限することもできる。さらに、吊荷50の旋回速度を検出するためのセンサ(ジャイロセンサ等)を別途設ける必用がない。したがって、吊荷旋回装置10の構成をシンプルにすることもできる。 As described above, by limiting the rotation speed of the load 50 using a method for limiting the tilt torque T of the gimbal tilt motor 14, the rotation speed of the load 50 can be quickly limited when necessary. Therefore, even when external disturbances such as wind are occurring, the increase in the rotation speed can be reliably suppressed so that the rotation speed does not exceed the upper limit. In addition, there is no need to perform complex calculations, and the rotation speed of the load 50 can be limited in a simple manner. Furthermore, there is no need to provide a separate sensor (such as a gyro sensor) for detecting the rotation speed of the load 50. Therefore, the configuration of the load rotation device 10 can be simplified.

さらにまた、図2のステップS6に示すように、ジンバル傾転用電動機14の傾転トルクTが制限値Tよりも小さくなったときに、ジンバル傾転用電動機14の傾転が再開されるようにしたことによって、上限を超える直前の旋回速度で吊荷50を旋回させ続けることが可能となり、吊荷50を所望の向きとなるまで短時間で旋回させる等、荷役作業の効率を高めることも可能である。 Furthermore, as shown in step S6 of FIG. 2, when the tilting torque T of the gimbal tilting motor 14 becomes smaller than the limit value T r , the tilting of the gimbal tilting motor 14 is resumed. This makes it possible to continue rotating the load 50 at the rotation speed just before it exceeds the upper limit, and also makes it possible to increase the efficiency of loading and unloading operations, such as by rotating the load 50 to the desired orientation in a short period of time.

ところで、吊荷旋回装置10では、図2のステップS4の処理を実行することからも分かるように、制限値Tによって、吊荷50の旋回速度の最大値(最高角速度)が変化する。図3は、吊荷旋回装置10において、制限値Tを変化させたときのジンバル傾転用電動機14への通電時間と吊荷50の旋回速度との関係を示したグラフである。同グラフにおける曲線Aは、制限値Tをジンバル傾転用電動機14の定格トルクの100%の値に設定したときを、曲線Bは、制限値Tをジンバル傾転用電動機14の定格トルクの70%の値に設定したときを、曲線Cは、制限値Tをジンバル傾転用電動機14の定格トルクの50%の値に設定したときを、曲線Dは、制限値Tをジンバル傾転用電動機14の定格トルクの30%の値に設定したときをそれぞれ示している。図3を見ると、制限値Tを高い値に設定すると、吊荷50の旋回速度の最大値(最高角速度)が高くなり、逆に、制限値Tを低い値に設定すると、吊荷50の旋回速度の最大値(最高角速度)が高くなっている。図3のグラフは、数値計算で求めたものであるが、実測においてもこれに近い結果が得られることを確認している。 Incidentally, in the load rotation device 10, as can be seen from the execution of the process of step S4 in Fig. 2, the maximum value (maximum angular velocity) of the rotation speed of the load 50 changes depending on the limit value T r . Fig. 3 is a graph showing the relationship between the power supply time to the gimbal tilting motor 14 and the rotation speed of the load 50 when the limit value T r is changed in the load rotation device 10. In the graph, curve A shows the case where the limit value T r is set to 100% of the rated torque of the gimbal tilting motor 14, curve B shows the case where the limit value T r is set to 70% of the rated torque of the gimbal tilting motor 14, curve C shows the case where the limit value T r is set to 50% of the rated torque of the gimbal tilting motor 14, and curve D shows the case where the limit value T r is set to 30% of the rated torque of the gimbal tilting motor 14. 3, when the limit value T r is set to a high value, the maximum value (maximum angular velocity) of the rotation speed of the load 50 increases, and conversely, when the limit value T r is set to a low value, the maximum value (maximum angular velocity) of the rotation speed of the load 50 increases. The graph in FIG. 3 was obtained by numerical calculation, but it has been confirmed that results similar to this can be obtained by actual measurement.

このような特性に鑑みて、吊荷旋回装置10では、吊荷50の旋回速度を制限する制限値Tを調節するための制限値調節手段(図示省略)を設けることが好ましい。これにより、吊荷50の旋回速度の最大値(最高角速度)を調節することが可能になる。また、吊荷50の旋回速度の最大値(最高角速度)は、吊荷の負荷(旋回の慣性モーメント)によっても変わるところ、吊荷50が軽負荷なものである場合には、制限値Tを低めに設定し、吊荷50が重負荷なものである場合には、制限値Tを高めに設定するといった具合に、吊荷50の負荷に応じて制限値Tを調節することも可能になる。 In view of such characteristics, it is preferable to provide the load rotation device 10 with a limit value adjustment means (not shown) for adjusting the limit value T r that limits the rotation speed of the load 50. This makes it possible to adjust the maximum value (maximum angular velocity) of the rotation speed of the load 50. In addition, since the maximum value (maximum angular velocity) of the rotation speed of the load 50 also varies depending on the load (moment of inertia of rotation) of the load, it is also possible to adjust the limit value T r according to the load of the load 50 by setting the limit value T r low when the load 50 is light and setting the limit value T r high when the load 50 is heavy.

換言すると、制限値Tは、予め定められた1つの値から変更できないものであってもよいが、吊荷50としては、旋回方向の慣性モーメントが小さい軽負荷なものから大きい重負荷なものまで、様々なものが想定される。すなわち、軽負荷な吊荷は、重負荷な吊荷よりも旋回速度が速くなりやすいため、重負荷な吊荷を想定して制限値Tを設定しておくと、吊荷50が軽負荷な(小さな)ものに切り替わった場合に、吊荷50の周速(旋回速度)が必要以上に遅くなりすぎる場合がある。したがって、制限値Tを調節する制限値調節手段15(トルクリミッター)を設けることで、危険速度に達しない範囲で吊荷50の旋回速度を速くすることができる。 In other words, the limit value T r may be one that cannot be changed from a single predetermined value, but various loads are assumed as the load 50, from a light load with a small moment of inertia in the rotation direction to a heavy load with a large moment of inertia. That is, since a light load is likely to have a faster rotation speed than a heavy load, if the limit value T r is set assuming a heavy load, when the load 50 is switched to a light (small) load, the peripheral speed (rotation speed) of the load 50 may become unnecessarily slow. Therefore, by providing a limit value adjustment means 15 (torque limiter) that adjusts the limit value T r , the rotation speed of the load 50 can be increased within a range that does not reach the critical speed.

上記の制限値調節手段は、制限値調節手段は、制限値Tを段階的に調節するもの(予め定められた複数の値のなかから制御値Tを選択するもの)であってもよいし、制限値Tを連続的に調節するものであってもよい。制限値調節手段における操作部分としては、ボタンや、スイッチや、ダイヤルや、レバーや、タッチパネル等、各種のものが例示される。これらの操作部分は、リモートコントローラ17(図1)に設けることもできる。これにより、作業員70が吊荷50の旋回速度を手元で調節することが可能になる。 The limit value adjustment means may be one that adjusts the limit value T r in stages (one that selects the control value T r from a plurality of predetermined values) or one that adjusts the limit value T r continuously. Examples of the operation portion of the limit value adjustment means include various types of operation portions such as buttons, switches, dials, levers, and touch panels. These operation portions may be provided in the remote controller 17 (FIG. 1). This allows the worker 70 to manually adjust the rotation speed of the suspended load 50.

10 吊荷旋回装置
11 フライホイール
12 フライホイール回転用電動機
13 ジンバル
14 ジンバル傾転用電動機
15 旋回速度制限手段
16 筐体
17 リモートコントローラ
50 吊荷
60 フック
70 作業員
吊荷の旋回方向
フライホイールの回転方向
ジンバルの傾転方向
吊荷の旋回中心となる鉛直軸線
フライホイールの回転中心となる軸線
ジンバルの傾転中心となる軸線
REFERENCE SIGNS LIST 10 Load rotation device 11 Flywheel 12 Flywheel rotation motor 13 Gimbal 14 Gimbal tilt motor 15 Rotation speed limiting means 16 Housing 17 Remote controller 50 Suspended load 60 Hook 70 Worker A 1 Rotation direction of suspended load A 2 Rotation direction of flywheel A 3 Tilting direction of gimbal L 1 Vertical axis that is the rotation center of suspended load L 2 Axis that is the rotation center of flywheel L 3 Axis that is the tilt center of gimbal

Claims (2)

フライホイールと、
フライホイールを回転駆動するフライホイール回転用電動機と、
フライホイールを軸支するジンバルと、
ジンバルを傾転駆動するジンバル傾転用電動機と
を備え、
フライホイールを回転させながらジンバルを傾転させたときに生じるジャイロ効果によって、吊荷を旋回させるようにした吊荷旋回装置であって、
電流制限式のトルクリミッターからなる、吊荷の旋回速度を制限する旋回速度制限手段を備え
フライホイールが回転している状態で、ジンバルの傾動角度を増大させると、吊荷の旋回速度が加速されていき、
吊荷が旋回しているときに、旋回停止操作が為されると、ジンバル傾転用電動機への電流入力が停止されて、吊荷の旋回が停止する一方、
旋回停止操作が為されない場合において、
ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが所定の制限値T を超えると、旋回速度制御手段によって、ジンバル傾転用電動機への入力電流がそのときの値で保持されて、ジンバル傾転用電動機による傾転が停止され、
ジンバル傾転用電動機の傾転トルクTが制限値T 未満になると、旋回速度制限手段による吊荷の旋回速度の制限が解除されて、ジンバル傾転用電動機の入力電流が上昇し、ジンバル傾転用電動機の傾転が再開される
ことを特徴とする吊荷旋回装置。
A flywheel and
a flywheel rotating motor that drives the flywheel to rotate;
A gimbal that supports the flywheel;
a gimbal tilting motor that drives the gimbal to tilt;
A load rotation device that rotates a load by using a gyro effect that occurs when a gimbal is tilted while a flywheel is rotated,
A rotation speed limiting means is provided, which is a current-limiting torque limiter and limits the rotation speed of the load .
When the gimbal tilt angle is increased while the flywheel is rotating, the rotation speed of the load accelerates.
When the load is rotating and the rotation stop operation is performed, the current input to the gimbal tilt motor is stopped, and the rotation of the load is stopped.
If no turning stop operation is performed,
When the tilt torque T of the gimbal tilting motor exceeds a predetermined limit value T r , the rotation speed control means maintains the input current to the gimbal tilting motor at the value at that time, and the tilting by the gimbal tilting motor is stopped.
When the tilt torque T of the gimbal tilting motor falls below the limit value T r , the limit on the rotation speed of the load by the rotation speed limiting means is released, the input current to the gimbal tilting motor increases, and tilting of the gimbal tilting motor resumes.
A load rotating device characterized by the above.
制限値Tを調節する制限値調節手段を備えた請求項1記載の吊荷旋回装置。 2. A load rotating device according to claim 1, further comprising a limit value adjusting means for adjusting the limit value Tr.
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