JPS6335553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は巻ドラムによるロープの巻き上げと
巻き戻しによりグラブバケツトを昇降させて浚渫
などの掘削作業または荷役作業を行う巻ドラム式
バケツト作業装置に関する。

この種のバケツト作業装置としては、グラブ浚
渫船やクラムシエルなどがあるが、その１例を第
１図および第２図に示すグラブ浚渫船について説
明すれば、船体Ｓ上のローラパスSaに旋回可能
に載架された機台Ｆには複索式のグラブバケツト
Ｂを吊持するジブＧが起伏自在に取付けられてお
り、機台Ｆ上には二本のドラム軸３，４が平行に
架設され、一方の軸３には開閉ロープR₁用の巻
ドラム１が、他方の軸４には支持ロープR₂用の
巻ドラム２が、ハンドクラツチ５または６の操作
により軸と共にまたは別個に回転するようにそれ
ぞれ支持されており、また、これらのドラム１，
２の側方にはエンジンなどの原動機７が配設さ
れ、この原動機７はその駆動軸に連結されたトル
クコンバータ８ａとその出力軸から連動するよう
になされた巻掛け減速機構８ｂおよび一連の歯車
減速機構８ｃからなる伝動装置８を介して上記巻
ドラム１および２に連係されていて、トルクコン
バータ８ａ内のクラツチの係合により原動機７の
動力が巻ドラム１および２にかかる負荷に対応し
たトルクと速度に変換されて巻ドラム１または２
に伝達されるようになつている。そして、巻ドラ
ム１および２に巻付けられた開閉用のロープR₁
または支持用のロープR₂はジブＧ上のシーブを
経てグラブバケツトＢの所要箇所にそれぞれ連結
されている。

かくて、作業時にはグラブバケツトＢのシエル
のつかみ、実バケツトの巻上げ、旋回、放出、逆
旋回および空バケツトの降下の６工程が行われる
が、このうちのつかみ工程と放出工程では開閉ロ
ープR₁のみを操作してグラブバケツトＢの開閉
を行い、旋回工程では両ロープR₁，R₂とも操作
せず、また、実バケツトの巻上げと空バケツトの
降下の工程では、バンドクラツチ５，６を各ドラ
ム１，２に係合させて回転させ、両ロープR₁，
R₂を同時に同調速度で巻上げまたは巻戻し（繰
り出し）するようになされている。

ところで、空バケツトの降下工程においては、
原動機７の出力をトルクコンバータ８ａで調整し
て、グラブバケツトＢの重量でトルクコンバータ
８ａのタービン羽根にかかるトルクが、原動機の
出力回転数に対応するストールトルクより大きく
なるようにして、タービン羽根を逆転させると共
に巻ドラム１，２を逆転させ、ロープR₁，R₂を
バケツトＢの重量により繰り出すようになされて
いるが、この場合、トルクコンバータ８ａ内では
ポンプ羽根とタービン羽根とが互いに反対方向に
回転していて、大きな流体摩擦が生じている。

そして、この流体摩擦はグラブバケツトＢの自
重による急速な自然落下を防止するブレーキの役
割を果たして、グラブバケツトＢが降下に際し放
出する位置のエネルギーを摩擦熱として吸収して
いる。

しかし、この種のバケツト作業装置では、現在
までのところ、上記のような摩擦熱を大気及び冷
却水中に無駄に放出しているのが実情であり、昨
今の省エネルギーの観点からすれば、バケツトＢ
が降下に際して放出する位置のエネルギーを何ら
かの方法で蓄えておいて、これを有効に利用する
ことが望ましい。

ところで、その利用方法として先ず考えられる
のは上記の摩擦熱を熱エネルギーとして蓄えるこ
とであるが、この形態の蓄積エネルギーを機械的
な仕事に使用するには複雑なエネルギー変換手段
を必要とし、効率的にも問題があるので、この種
のバケツト作業装置に対するエネルギー蓄積手段
として好ましくない。

また、フライホイールを用いて機械的な運動の
エネルギーとして蓄えることも考えられるが、こ
の場合には蓄積エネルギーを巻ドラムの回転力と
して利用し易い利点はあるが、反面、エネルギー
が蓄積されればされる程、フライホールの回転速
度が大きくなつて危険であり、取扱いも面倒で、
蓄積して保在できる期間も短いため、バケツト作
業装置のエネルギー蓄積手段として余り好ましく
ない。

一方、電気エネルギーとして蓄える場合には、
静的状態にエネルギーを蓄積することができ、か
つ回転動力として利用し易く好ましいことではあ
るが、高価な発電設備や蓄積設備およびモータを
必要としコスト的に難点があり、かつこれらの設
備は過酷な作業環境のもとでは不向きである。

この発明は上記の諸事情に鑑み案出されたもの
で、作業バケツトが自重により降下する際放出す
る位置のエネルギーを無駄にすることなく流体圧
エネルギーの形で効率的に回収蓄積し、これを機
械的な仕事に容易に利用できるようにした巻ドラ
ム式のバケツト作業装置を提供することを目的と
するものであり、原動機にトルクコンバータおよ
び減速機構からなる伝動装置を介して巻ドラムを
連結し、該巻ドラムが正回転するとき巻き上げら
れ、逆回転するとき繰り出されるロープの先端部
にクラブバケツトを連結した巻ドラム式のバケツ
ト作業装置において、トルクコンバータの出力軸
または巻ドラム軸に接続される油圧作動部材と該
油圧作動部材に切換弁を有する油圧回路により接
続されたアキユムレータとからなる蓄勢装置をト
ルクコンバータと巻ドラムとの間に配設し、グラ
ブバケツトの降下により生じる巻ドラムの逆回転
力を静的エネルギーに変換して蓄積し、該蓄積エ
ネルギーをグラブバケツトの巻上げ時に回転エネ
ルギーに変換して放出するようにしたことを特徴
としている。

したがつて、この発明によれば、作業バケツト
が降下する際放出するエネルギーを有効に利用す
ることができ、省エネルギーに役立ち装置の作業
コストを著しく低減させることができる。

以下、第３図および第４図を参照してこの発明
の実施例につき説明する。第３図においてＦは機
台であつて、前記のように船体Ｓ（または車体）
に設けられたローラパスSa上に旋回自在に載架
され、この機台Ｆ上には二つのドラム軸３，４が
平行に架設され、一方のドラム軸１には開閉ロー
プR₁用の巻ドラム１が、他方の軸４には支持ロ
ープR₂用の巻ドラム２が、バンドクラツチ５ま
たは６の操作により軸と一体にまたは別個に回転
するように支持されており、これらのドラム１，
２の側方にはエンジンなどの原動機７が配設され
この原動機７はその駆動軸に連結されたトルクコ
ンバータ８ａとその出力軸に連動するようになさ
れた巻掛け減速機構８ｂおよび一連の歯車減速機
構８ｃからなる伝動装置８により連係され、トル
クコンバータ８ａ内のクラツチの係合により原動
機７の動力が巻ドラム１，２にかかる負荷に対応
したトルクと速度に変換されて各巻ドラム１，２
に伝達されるようになされている。

また、巻ドラム１および２に巻回された開閉用
のロープR₁または支持用のロープR₂はジブＧ上
のシーブを経てグラブバケツトＢの所要の箇所に
連結されている。

ところで、この発明においては、トルクコンバ
ータ８ａの出力軸にはカツプリング９（このカツ
プリング９は係脱自在なクラツチ式でもよい）を
介して油圧モータに兼用できる定出力可変容量式
のアキシヤルプランジヤ型のポンプ１０が連結さ
れており、このポンプ１０の一方の吐出口には電
磁切換弁１３に至る油圧回路l₁が接続され、切換
弁１３にはオイルタンク１２およびアキユムレー
タ１１に至る回路l₂，l₃が接続されており、また、
ポンプ１０の他方の吐出口にはオイルタンク１２
に至る回路l₄が接続され、そして、この回路l₄は
途中に油量調整用のポンプ１４と逆止弁１５を備
えた回路l₅を介してアキユムレータ１１への回路
l₃に接続されている。

しかし、この回路l₅は油量調整用のもので、必
ずしも必要ではない。

上記のような構成のもとに、その作業に当たつ
て、バケツトシエルのつかみ、その巻上げ、旋
回、放出、逆旋回、空バケツトの降下の６工程が
行われることは前記のとおりであり、この作業サ
イクルの全工程中原動機７は作動し続けており、
又トルクコンバータ８ａは必要に応じて入力が調
節されるようになつているが、その出力は常時ト
ルクコンバータ８ａの出力軸に第４図における矢
印Ｘ方向の回転すなわち正回転を与えるように作
用しており、したがつて、上記出力軸にカツプリ
ング９を介して連結されたポンプ１０も普通には
Ｘ方向に回転する。

そこで、油圧回路中の電磁切換弁１３を第４図
イのように回路l₁とl₂とが接続する状態におけば、
オイルはタンク１２→回路l₂→切換弁１３→ポン
プ１０→回路l₄→オイルタンク１２と循環し、ア
キユムレータ１１側には流れない。

そして、この状態でバケツトシエルのつかみ、
機台Ｆの旋回およびバケツト内容物の放出の作業
が行われる。

空バケツトの降下に当つては、切換弁１３を第
４図ロのように切換えて回路l₁を回路l₃に接続さ
れると共に原動機７及びトルクコンバータ８ａの
出力を前記のように小さめに調整する。

この状態で空のグラブバケツトＢを降下させれ
ば、その自重によりロープR₁，R₂を巻ドラム１，
２から繰り出しつつ降下することになり、巻ドラ
ム１，２を逆回転させる。この巻ドラム１，２の
逆回転は歯車減速機構８ｃおよび巻掛け減速機構
８ｂを介してトルクコンバータ８ａの出力軸に増
速されて伝達される。

したがつて、トルクコンバータ８ａの出力軸は
矢印Ｙ方向に逆回転させられ、ポンプ１０も逆回
転し、オイルはオイルタンク１２→回路l₄→ポン
プ１０→回路l₁→切換弁１３→回路l₃→アキユム
レータ１１と流れることになり、アキユムレータ
１１中に高圧油が静的エネルギーとして蓄積され
る。

そして、第４図ハは実バケツトの巻上げ工程に
おける油圧回路の状態を示すものであり、切換弁
１３はロ図と同じセツト位置におかれ、回路l₁と
l₃が接続されている。

この作業工程では、実バケツトを巻上げるため
トルクコンバータ８ａの出力軸を矢印Ｘ方向に回
転すなわち正回転させるが、実バケツトの重量は
大きいので、上記出力軸には大きなトルクを加え
る必要がある。

したがつて、この場合通常ならば原動機の出力
を大きくする必要があるが、この際、空バケツト
の降下工程でアキユムレータ１１に蓄積された高
圧オイルが、アキユムレータ１１→回路l₃→切換
弁１３→回路l₁→ポンプ１０→回路l₄→オイルタ
ンク１２と流れ、ポンプ１０を油圧モータとして
Ｘ方向に回転作動し、トルクコンバータ８ａの出
力軸に正回転のトルクを加えることになり、その
付加されたトルク分だけ原動機７の出力を小さく
することができる。

この場合、原動機７の出力を具体的にどれくら
い節約することができるかを試算してみると次の
ようになる。

グラブバケツトＢの重量をB_W、巻ドラムの逆
回転力をトルクコンバータ８ａの出力軸に伝達す
る伝達機構の増速比をｉ、同伝動機構の伝達効率
をη_n、巻ドラムの直径をＤとし、 B_W＝20t（ｔ＝トン） ｉ＝40.55 η_n＝0.8 Ｄ＝0.828ｍとすれば、 トルクコンバータ８ａの出力軸に伝達される逆
回転トルクT_Aは、 T_A＝B_W・ｉ・η_n×Ｄ／２＝163.4Kgｍとなり、
このうち、トルクコンバータ８ａの制動トルク
T_Bを、性能曲線からT_B＝10Kgｍとすると、 T_A−T_B＝153.4Kgｍがポンプ１０に作用するこ
とになるが、ポンプ１０を駆動する有効トルクに
10％の余裕をみれば、 Ｔ＝0.9（T_A−T_B）＝153.4Kgｍ×0.9 ＝137.06Kgｍ≒140Kgｍ となり、約140Kgｍのトルクでポンプ１０を駆動
することができ、無理なく高圧の油をアキユムレ
ータ１１に蓄積することが可能である。

このようにして、アキユムレータ１１に圧力
P₁の高圧油が蓄積されるが、これをポンプ１０
に供給すると圧力は降下する。

すなわち、アキユムレータ１１に蓄えられた高
圧油の圧力P₁を210Kg／cm²、ポンプ１０の１回転
当たりの押しのけ容積を470c.c.／revとした場合、
高圧油をポンプ１０に送つてこれをモータとして
作動させた際、高圧油の最低の圧力ＰはＰ＝168
Kg／cm²となつた。

そこで、ポンプ１０はＰ＝168Kg／cm²の圧力油
で作動されるものとし、ポンプ１０がモータとし
て発生するトルクをT_M、その効率をη_vとし、η_v
＝0.97とすれば、 T_M＝ｑ・Ｐ・η_v／2π≒12100Kgcm≒121Kgｍ となる。

実バケツトの巻上げ速度をＶとし、Ｖ＝50ｍ／
分とすると、ポンプ１０の出力軸の回転数N_Pは、
N_P＝Ｖ・ｉ／πD≒780rpmとなる。

したがつて、上記トルクT_Mを仕事（馬力）に
換算すると、W_P＝131.6PSとなり、トルクコンバ
ータ８αの効率をη_Tとし、η_T＝0.8とすると、上
記トルクコンバータ８αでの出力W_Pを原動機の
出力に換算したW_Zは、 W_Z＝Ｗ／η_T＝164.5PSとなる。

ところで、土砂をつかみ終つたグラブバケツト
の重量は約30tであり、これを50ｍ／分の速度で
巻き上げるのに必要な動力は原動機出力でW_E＝
521PSであるから、 W_Z／W_E＝0.316≒30％となり、 実バケツトの巻上工程における原動機７の出力
を約30％節約することができる。

なお、上述の実施例によれば、グラブバケツト
Ｂの自重による降下に伴つて逆回転する巻ドラム
１，２の速度が、伝動装置８の減速機構８ｃ，８
ｂ逆方向に伝達されるので、巻ドラム１，２の逆
回転速度は増速されて伝達されることになる。

したがつて、巻ドラム１，２が１回転する間に
ポンプ１０は数十回転もすることができるので、
ポンプ１０を左程大形にしなくてもグラブバケツ
トＢが放出する位置のエネルギーを効率よくアキ
ユムレータ１１に流体圧エネルギーとして蓄積す
ることができる。また、巻ドラム１，２の逆回転
速度をポンプ１０に増速して伝達するための増速
機構として、伝動装置８の減速機構としてそのま
ま使用しているので、別に増速機構を設ける必要
がなく、構成が簡素化されコストも低廉になる。

以上、この発明を実施例にもとづいて説明した
が、この発明は上記実施例に限定されることな
く、その主旨を逸脱せずに種々の変更が可能であ
る。たとえば、浚渫以外のバケツト作業装置にも
適用できるものであり、そして、バケツトは巻ド
ラムを１つとした単索式のものでもよく、また、
油圧ポンプは油圧モータ兼用型とすることなく、
別個に設けるようにしてもよい。更に、油圧ポン
プはトルクコンバータの出力軸に連結することな
く巻ドラム軸に直接連結しても、別に設けた増速
機構を介して巻ドラムに連結するようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のグラブ浚渫船における巻ドラム
式バケツト作業装置の概略側面図。第２図はその
機台部分の平面図。第３図はバケツト作業機構と
蓄勢装置との関連状態を示すこの発明の実施例の
平面図。第４図イないしハはそれぞれ蓄勢装置の
作用状態を示す説明図。 図中、１，２……巻ドラム、３，４……ドラム
軸、５，６……バンドクラツチ、７……原動機、
８……伝動装置、８ａ……トルクコンバータ、８
ｂ，８ｃ……減速機構、１０……油圧ポンプ、１
１……アキユムレータ、１３……切換弁、R₁…
…開閉ロープ、R₂……支持ロープ、Ｂ……グラ
ブバケツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原動機にトルクコンバータおよび減速機構を
   有する伝動装置を介して巻ドラムを連結し、該巻
   ドラムが正回転するとき巻き上げられ、逆回転す
   るとき繰り出されるロープの先端部にグラブバケ
   ツトを連結した巻ドラム式のバケツト作業装置に
   おいて、上記トルクコンバータの出力軸または巻
   ドラム軸に接続される油圧作動部材と該油圧作動
   部材に切換弁を有する油圧回路により接続された
   アキユムレータとからなる蓄勢装置を上記トルク
   コンバータと巻ドラムとの間に配設し、上記グラ
   ブバケツトの降下により生じる前記巻ドラムの逆
   回転力を静的エネルギーに変換して蓄積し、該蓄
   積エネルギーを上記グラブバケツトの巻上げ時に
   回転エネルギーに変換して放出するようにしたこ
   とを特徴とする巻ドラム式バケツト作業装置。 ２ 上記巻ドラムの逆回転速度が回転増速機構に
   より増速されて、蓄勢装置の油圧作動部材に伝達
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の巻ドラム式バケツト作業装置。 ３ 巻ドラムの逆回転時の回転増速機構が前記伝
   動装置の減速機構であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の巻ドラム式バ
   ケツト作業装置。 ４ 油圧作動部材を油圧モータ兼用型の油圧ポン
   プとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の巻ドラム式バケツト作業装
   置。