クレーン設計用語集：初心者向け必須用語ガイド

クレーンの設計用語は、設計図面の読解、設計計算の実行、および技術提案の伝達の基礎となります。このガイドでは、クレーンのパラメータ、使用区分、金属構造、荷重、および性能指標に関する一般的な用語を紹介します。

クレーン設計の主要用語：パラメータと使用等級

クレーン機構のパラメータは、昇降機械の動作性能を表し、設計および機器選定の基礎となる。クレーンの作業等級は、吊り上げ能力と時間の利用率、および作業サイクル数を考慮して決定される。

1. 定格吊り上げ能力 Gn

定格吊り上げ能力とは、クレーンが吊り上げることができる荷物または資材の総重量であり、取り外し可能な吊り上げアタッチメント（コンテナスプレッダーを除く）や、グラブ、電磁式吊り上げ装置、吊り上げビームなどの付属品の重量も含まれます。タワークレーン、トラッククレーン、門型クレーンなどの可変半径クレーンの場合、定格吊り上げ能力は作業半径によって変化します。公称定格吊り上げ能力とは、最小半径において安全な作業条件下で許容される最大定格吊り上げ能力のことです。

一般的に、「吊り上げ能力」とは、定格吊り上げ能力を意味する。

量産と標準化を支援するため、定格容量シリーズ規格が制定されている（表1-1）。出典はGB783-87であり、単位はtとしている。新設計の揚重機械については、クレーンおよび補助揚重機構の定格揚重能力は、標準シリーズ値に適合しなければならない。特殊性能を有する機器も、標準シリーズ値に適合するか、または可能な限り標準シリーズ値に近づける必要がある。

2. スパンS

橋形クレーンの場合、スパンとはクレーンの橋形走行レールの中心線間の水平距離のことです。これはSで表されますが、過去にはLがよく使われていました。単位はメートル（m）です。電動橋形クレーンのスパンには国家規格シリーズがあります（出典：表1-2）。図1-1はクレーンのスパンを示しています。橋形クレーンのスパンは建物のスパンScに依存します。スパンシリーズでは、増分は通常3mです。

図1-1には、（a）クレーンのスパンと（b）2本のレールを備えたクレーンのスパンが示されている。

3. ゲージK

ゲージ（車輪軌間とも呼ばれる）は、次のように定義されます。

• トロリーの場合、それはトロリーレールの中心線間の距離を指します。
• ジブクレーンの場合、レール中心線間の距離、または走行輪の踏面中心線間の距離を指します。

4. ホイールベースB

ホイールベース（車軸間隔とも呼ばれる）とは、クレーンまたはトロリーの長手方向の移動方向における支持軸の中心線間の距離のことです。ホイールベースBの測定値は、支持輪の配置によって異なります。

5. 昇降高さH、降下深さh、および昇降範囲D

資料では、吊り上げアタッチメントの最高位置と最低位置における関連する垂直距離を定義し、以下のように示しています。

D = H + h

下降深度がない場合、揚程範囲Dは揚程Hに等しくなります。揚程と下降深度は、フックボウルの中心を基準点として測定されます。グラブなどの他の揚重アタッチメントの場合は、閉じた状態での最下点が基準点として使用されます。

6. 機構の動作速度

機構の動作速度は、クレーン機構の種類によって異なります。

• 昇降速度 Vn: 定常運転状態における定格荷重の垂直変位速度（m/分）。
• クレーンまたは橋梁の移動速度 VR': 定格荷重を積載したクレーンが、定常運転状態において水平面またはレール上を走行する際の速度（メートル/分）。
• トロリーの走行速度 Vt': 定常運転状態において、定格積載量を積載したトロリーが水平レール上を走行する際の速度（メートル/分）。

7. 車輪荷重

車輪荷重とは、橋梁自重、トロリー自重、およびトロリーが限界位置にあるときの定格吊り上げ能力によってクレーンの車輪にかかる最大垂直圧力のことです。これは、走行機構とレールの設計における重要な基礎となります。

8. 職務区分

クレーンの運転等級は、使用率（設計寿命期間中の総稼働サイクル数）と負荷状態に基づいて分類されます。これは、クレーンの作業負荷の度合い、つまり、時間経過に伴う稼働頻度や、満載負荷を扱う頻度などを示します。

資料では、クレーンの作業等級をA1～A8に分類しています。おおよその比較としては、A1～A4が軽作業、A5～A6が中作業、A7が重作業、A8が超重作業となります。資料の表1-4には、クレーンの作業等級の例が示されています。

クレーンの金属構造物および部品に関する一般的な用語

1. クレーンの金属構造

クレーン用金属構造物（クレーン用鋼構造物とも呼ばれる）は、クレーンの様々な荷重を支えることができる構造物である。これは、金属材料から成形された鋼板や部材で構成され、溶接、リベット接合、ボルト接合などの接合方法を用いて、定められた構造配置で組み立てられる。

クレーンの金属構造は、荷重支持部材、非荷重支持部材、および接続部から構成されます。主桁、端部桁、および脚部は荷重支持部材であり、強度、剛性、および安定性の計算が必要です。通路、手すり、およびはしごは非荷重支持部材であり、強度、剛性、および安定性の計算は不要ですが、安全性、使いやすさ、および人間工学を考慮する必要があります。接続には主に溶接とボルト締めが用いられ、リベット留めは現在ではほとんど使用されていません。

2. 代表的な金属構造の種類

代表的な構造物としては、橋梁構造、ガントリー、タワー、ジブなどがあります。クレーンの金属構造は、主桁、端部桁、脚部などの基本部材を構成する部材、プレート、断面材からできています。これらの異なる部材が組み合わさって、橋梁、ガントリー、タワー、ジブなどの基本的なクレーン構造を形成します。

3. 一般的な構造および構成要素に関する用語

• 主桁： 天井クレーンまたはガントリークレーンの主要な荷重支持部材であり、吊り上げ荷重を支える。
• 脚： ガントリークレーンまたはトラッククレーンの支持部材であり、全体の動作安定性を維持するのに役立つ。
• ジブ： ジブクレーンに取り付けられた、固定式または伸縮式の腕で、荷物の吊り上げや作業半径の調整に使用される。
• 昇降機構： 荷物を垂直方向に昇降させる機構で、モーター、ギアボックス、ドラム、ブレーキ、フック、その他の部品から構成される。
• 移動機構： クレーンまたはトロリー全体を動かす機構。レール式の場合もあれば、レール非搭載式の場合もある。
• 旋回機構： ジブを垂直軸を中心に回転させる機構で、トラッククレーン、クローラークレーン、タワークレーンなどで一般的に使用されている。
• ブレーキ： 停止、速度制限、および安全保持のために使用されるブレーキ装置。
• リミットスイッチ: 過剰な移動を防ぐために、昇降高さ、移動距離、または旋回角度を制限する安全装置。
• 過負荷リミッター: 吊り上げる荷重が定格値を超えた場合に、自動的に吊り上げ動力を遮断する安全装置。

荷重と力の用語

1. 通常の積載量

通常のクレーン運転中には、様々な荷重が頻繁に発生します。これには、重力荷重、走行時や制動時にクレーンが加速または減速する際に発生する慣性荷重、およびクレーンの鋼構造の変位や変形によって生じる荷重が含まれます。これらの荷重は、強度破壊、弾性不安定性、および疲労破壊の計算と検証を行う際に考慮する必要があります。

定期積載物には以下が含まれます。

• 自重負荷 PG: クレーンの鋼鉄構造、機構、電気機器、その他の質量にかかる重力。
• 定格吊り上げ荷重 PQ: 定格荷重を吊り上げる際の、吊り上げ対象物全体の重力。吊り上げ能力が大きい場合は、吊り上げ装置とワイヤーロープの重量も考慮に入れる必要があります。
• 水平移動慣性荷重PH： クレーンまたはトロリー自身の質量と吊り上げられた質量によって、水平面内で縦方向または横方向に移動しながら加速または減速する際に発生する水平方向の慣性力。

2. 偶発的な負荷

偶発的な負荷とは、通常の運転中に頻繁には発生しないものの、時折発生する可能性のある負荷のことです。主な種類は以下のとおりです。

• 傾斜による水平横荷重 Ps: クレーンやトロリーが縦方向または横方向の移動中に傾いた際に、車輪フランジや水平ガイドホイールなどのガイド装置におけるガイド反力によって生じる荷重。
• グレード負荷Pp: クレーンやトロリーが走行レールに沿って上り坂を走行する際に生じる抵抗。「走行レールに沿って」という原文の表現には誤りがあるようで、技術的な見直しが必要です。
• 運用中の風荷重 Pw: 屋外クレーンが稼働中に耐えなければならない最大風力。この資料には、氷、雪、温度による負荷についても記載されている。

3. 特殊貨物

特殊荷重とは、クレーンが通常通り稼働していない、または使用停止状態にあるといった、例外的な状況下で発生する荷重のことです。主に以下の種類が含まれます。

• 衝突負荷PC: 同一レール上の隣接する2台のクレーンが衝突した場合、またはクレーンがレールの終端にある緩衝装置に衝突した場合に発生する荷重。
• 水平転倒荷重 Psl: 例えば、スタッカークレーンでは、剛性のある吊り上げガイドフレーム内、または剛性ガイドフレームの下端内を移動する物体や荷役装置が障害物に衝突し、クレーンやトロリーを転倒させるような水平方向の力が発生する可能性がある。
• 地震荷重PE： 地震によって発生し、ホイスト式クレーンに作用する荷重。
• 使用停止時の風荷重： クレーンが使用停止中に耐えられる最大風力（単位：N）。

プロセス負荷など、特定の状況ではその他の負荷が発生する場合があります。 疲労荷重 これは、クレーンの繰り返し操作中に構造物が受ける周期的な交番荷重であり、機器の耐用年数に影響を与える。

業績指標用語

• 強度（疲労強度検証を含む）： 部材が外部からの力に対して破損を免れる能力。強度には、引張強度、圧縮強度、曲げ強度、せん断強度、および支圧強度または圧縮強度が含まれる。
• 剛性： 外部からの力による部材の変形を抑制する能力。これには、垂直方向および水平方向の静的剛性、ならびに使用状況に応じた動的剛性が含まれる。
• 安定性： 外部からの力による安定性喪失に抵抗する能力。これには、全体的な転倒防止能力、部材の全体安定性、および局所安定性が含まれる。
• 安全係数： 設計において確保される安全余裕とは、構造物の耐荷重能力と実際の荷重との比率として定義される。これは適用される法規要件を満たさなければならない。
• 許容応力: 適用される規格で構造材料が耐えられると認められている最大応力値。

まとめ

これらの用語は、クレーン設計において基本的かつ頻繁に使用されるものです。図面作成、パラメータ計算、技術提案に関する議論、構造設計および規格適用に関するさらなる検討に役立ちます。

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