取鍋天井クレーンの構造部品と機能

取鍋天井クレーンは製鉄所において極めて重要な設備であり、過酷な操業条件下で溶融金属を安全に取り扱い、輸送するために設計されています。その構造設計と安全システムは、吊り上げの信頼性と操業上の安全性に直接影響します。本稿では、取鍋天井クレーンの主要構成要素と各部品の機能について解説します。

取鍋天井クレーンの構成

あ レードル天井クレーン クレーン本体は、橋梁、トロリー（スプレッダーを含む）、クレーン走行機構、電気機器の4つの主要部分から構成されています。運用上の要件に応じて、さまざまな構造方式が採用されています。

橋梁は一般的に、箱型主桁と端部台車からなる二桁または四桁構造である。トロリーが走行するためのレールは、主桁の上部フランジ板上に設置されている。主桁が狭幅の場合は、電気制御装置は主桁横の歩道上に設置され、主桁が広幅の場合は、電気制御装置は一般的に主桁内部に配置される。

トロリーはクレーンの主要構成要素です。ブリッジには1つのトロリー、またはメイントロリーと補助トロリーが取り付けられ、トロリーはそれぞれ独立して走行します。トロリーには巻き上げ機構と走行機構が備えられており、スプレッダーは巻き上げ機構の下に配置されています。トロリーの走行機構は、集中駆動方式または個別駆動方式のいずれかを使用します。

クレーンの走行機構はすべて個別駆動方式を採用しており、2隅駆動方式のものと4隅駆動方式のものがある。

下記の図2-1～2-3は、取鍋天井クレーンのいくつかのモデル例であり、これらから取鍋天井クレーンの構造特性を理解することができる。

クレーントロリー

トロリーは主に、昇降機構、トロリー走行機構、トロリーフレームの3つの主要部品で構成されています。クレーンの運転要件に応じて、トロリーの配置は様々です。図2-1～2-3に例を示します。

昇降機構

昇降機構は一般的に、駆動装置、ワイヤーロープの巻き取りシステム、荷役装置、および安全保護装置から構成される。補助昇降機構として電動ホイストを使用するものもある。

駆動装置は、モータ、カップリング、補償軸、ブレーキ、減速機、およびその他の構成部品を含む。駆動装置が従来制御または固定子電圧調整速度制御を使用する場合、モータは巻線形モータ型であり、可変周波数速度制御を使用する場合は、可変周波数モータである。2組の駆動装置を備えた主昇降機構の場合、一方のモータまたは一方の電気制御装置が故障した場合でも、もう一方の駆動装置が定格吊り上げ能力で1サイクルの動作を完了できる必要がある。

ワイヤロープの巻き取りシステムは、ワイヤロープ、ドラムアセンブリ、固定シーブアセンブリ、ワイヤロープイコライザー、および可動シーブアセンブリから構成される。主巻き上げ機構に2つの吊り上げポイントがある場合は4本ロープの巻き取りシステムが使用され、1つの吊り上げポイントがある場合は2本ロープの巻き取りシステムに使用される。

荷役装置は、フック、非着脱式スプレッダー（各種固定式吊り上げビームおよび固定式ガントリーフックを含む）、および着脱式スプレッダー（各種着脱式吊り上げビームおよび着脱式ガントリーフックを含む）を備える。

安全のため、昇降機構には過負荷リミッター、昇降高さリミッター、および過速度スイッチが装備されています。高さリミッターの上限位置は、異なる形式の二重保護装置となっており、第1段階は一般的にドラム端の昇降高さリミッター、第2段階は重量（ハンマー）リミットスイッチです。必要に応じて安全ブレーキも設けられます。

昇降機構では、モーターはカップリングを介して減速機に接続されています。減速機の低速軸がドラムを駆動し、ドラムはワイヤーロープの巻き取りシステムを介して荷役装置を駆動します。モーターの正逆回転を制御することで、荷役装置を昇降させることができます。

運転要件の違いに応じて、昇降機構の構成は様々である。図2-4～2-6はその一例である。

図2-5に示す巻き上げ機構は、2つの吊り上げポイントを備え、4本のロープを用いた索具システムと2組の駆動装置を使用している。2つの減速機は高速側でカップリングによって接続され、ドラムには安全ブレーキが取り付けられている。

図2-6にも2つの吊り上げポイントがありますが、4本のロープを巻き取るシステムの配置は図2-5とは異なります。駆動ユニットは1セットで、ドラムには安全ブレーキが取り付けられています。

トロリー走行機構

トロリーの走行機構は、主に走行駆動装置と走行支持部から構成される。走行駆動装置は、主にモーター、減速機、ブレーキなどの部品から構成される。走行支持部は、主に車輪と車輪均等化ビームから構成される。

トロリーの走行機構は、集中駆動式または個別駆動式を採用している。大型クレーン用トロリーの中には、車輪荷重を軽減するために車輪均等化ビームを使用しているものもある。

トロリー走行機構の駆動装置は、一般的にモータを用いて垂直減速機を駆動し、その低速軸が駆動輪を駆動する。駆動装置が従来型の制御方式または固定子電圧制御方式を採用する場合、モータは巻線形回転子型となる。可変周波数制御方式を採用する場合は、可変周波数モータが用いられる。

トロリーの安全な走行のために、トロリー走行リミットスイッチと緩衝器が設けられています。トロリーがリミット位置に近づくと、リミットスイッチが作動して走行機構への電源が遮断されます。その後、緩衝器が残りのエネルギーを吸収し、走行機構は逆方向にのみ走行できるようになります。

状況に応じて、トロリーの移動機構には様々な構造があります。図2-7は、4桁4トラックの取鍋天井クレーンで一般的に使用されるトロリー移動機構のレイアウトで、個別駆動方式を採用しています。状況に応じて、他のレイアウトも存在します。図2-8は集中駆動方式、図2-9は個別駆動方式の別の設計です。吊り上げ能力の大きいトロリーの場合、車輪均等化ビーム構造を用いて車輪を追加することができます。図2-10は、車輪均等化ビーム構造の一例です。

クレーン移動機構

クレーン走行機構は、主に走行駆動装置と走行支持装置から構成されます。走行駆動装置は、主にモーター、減速機、ブレーキなどの部品から構成されます。走行支持装置は、主に車輪と車輪均等化梁から構成されます。クレーン走行機構は、一般的に2組または4組の駆動装置を備えた個別駆動方式を採用しています。主桁が狭桁構造の場合、走行機構は一般的に橋梁の歩道上に設置されますが、広桁構造の場合は、主桁の両端内側に設置されます。

従来型の制御方式または固定子電圧調整による速度制御方式を用いる場合、モータは巻線形回転子型となる。可変周波数制御方式を用いる場合、それは可変周波数モータとなる。

クレーンには、プラント限界位置への移動や隣接するクレーンとの衝突を防ぐためのリミットスイッチと緩衝装置が装備されており、クレーンの損傷を軽減し、衝突による運転者の不快感を軽減します。クレーンがプラント限界位置または隣接するクレーンに近づくと、リミットスイッチが作動して走行機構への電力供給が遮断され、緩衝装置が残りのエネルギーを吸収します。この時点で、走行機構は逆方向にしか移動できません。緩衝装置には、一般的にスプリング式または油圧式緩衝装置が使用されます。

4組の駆動装置を備えたクレーン走行機構の場合、一部のユーザーは、片側の駆動装置が故障した場合でも、反対側の駆動装置が電気的な切り替えによって定格吊り上げ能力を持ち上げながら1回の動作サイクルを完了できることを要求する。

大型クレーンの場合、走行支持部には車輪荷重を軽減するための車輪均等化ビームが使用されます。さらに、契約要件に応じて水平車輪を追加することも可能です。

図2-11は、一般的に使用されているクレーン走行機構のレイアウトで、水平平行軸減速機駆動方式を用い、走行支持部を車輪均等化ビームとした例を示しています。図2-12は、垂直平行軸減速機を用い、走行支持部を車輪均等化ビームとした例です。小型クレーンでは、図2-13のような方式が用いられ、走行支持部は単一の車輪群となっています。

走行支持部において、小型クレーンは各エンドキャリッジに2つの車輪群を備えるか、図2-14に示す車輪座をエンドキャリッジの下に設置する。大型クレーンでは、異なる荷重を支えるために、図2-15～2-17に示すような様々な車輪均等化ビームまたはその組み合わせが選択される。

ブリッジフレーム

この橋梁は、トロリー、クレーン走行機構、および電気機器の主要構造物であり、取り付け基盤となる部分です。橋梁は主に、主桁、端部台車、歩道、トロリーケーブルキャリア、トロリーレール、保守プラットフォームおよびはしご、プラットフォーム、手すりなどの構成要素から成ります。

橋梁はクレーンの重要な耐荷重部材であり、十分な強度、剛性、および全体的な安定性を備え、国家規格および契約要件を満たし、クレーンの正常な動作を保証します。取鍋天井クレーンの橋梁は、二重桁（図2-2および2-3参照）と四桁（図2-1参照）のタイプに分けられます。主桁の底フランジプレートの下には遮熱板が設けられています。完成機試験後、空のトロリーが限界位置にあるとき、主桁のキャンバーは0.7S/1000（Sはクレーンスパン）以上でなければならず、最大キャンバー値は中央スパンでS/10の範囲内に制御されます。

要件や状況に応じて、主桁は中央レールボックス型狭桁、半オフレールボックス型狭桁、オフレールボックス型狭桁、またはオフレールボックス型広桁として設計できます。主桁の上部カバープレートには、トロリーが走行するためのレールが設けられています。レールは、溶接クランププレートまたは調整可能な複合レールクランプ（契約要件による）で固定できます。主桁が狭桁構造の場合、電気機器は通路に設置されます。周囲温度が電気機器の通常の動作要件を満たさない場合は、冷却電気室が設けられ、電気室には断熱層が取り付けられます。主桁が広桁構造の場合、電気機器は通常、主桁内部の電気室に設置されます。周囲温度が電気機器の通常の動作要件を満たさない場合は、電気室に空調設備と断熱層が取り付けられます。

橋梁の両側には、クレーンの移動制限スイッチと連動する緩衝装置が設けられており、クレーンは停止する前にまず電源を遮断し、減速する機能を備えています。手すりには、電気インターロック保護装置付きの手すり扉が設けられています。インターロックされた手すり扉が開くと、クレーンの関連機構は自動的に電源が遮断されます。関連機構は、手すり扉が閉じられたときにのみ正常に動作します。クレーンの電源導体レール側には、導体レールガードとケージ（またはプラットフォーム）が設けられています。導体レールガードは、フックやワイヤーロープが電源導体レールに接触するのを防ぎ、ケージ（またはプラットフォーム）は集電装置の設置と保守に使用されます。トロリー保守プラットフォームは、トロリーの保守を容易にします。

運転席

運転室は、オペレーターがクレーンを操作する作業場です。主桁の下に吊り下げられた、密閉型で空調完備、断熱構造で全面視界、断熱構造となっており、下部に透明な窓があります。ドアと窓には強化安全ガラスを使用したアルミ合金フレームが使用されています。運転室には、快適な調節可能なソフトシート（上下および前後調節可能）が装備されています。運転室には、配線が隠蔽された電気制御装置が収められており、制御装置の操作は容易です。屋内と屋外の接続は、メンテナンスを容易にするために端子ボックスを介して行われます。床は、難燃性、非導電性、滑り止めの絶縁ゴムマットで覆われています。運転室には、警報装置、電気ベル、消火器、扇風機、専用の冷暖房エアコンなどの安全装置、各種計器、照明システムが装備されています。運転者は、各機構の動作状態をいつでも確認でき、安全なクレーン操作を確保できます。運転室には絶縁ゴムマットが敷かれています。

電気室

電気室は主桁内部に設置されています（狭桁構造の場合は電気室が使用され、主桁通路上に設置されます）。主桁電気室の周囲の内壁には、断熱材を充填した断熱サンドイッチ層が設けられています。両端には密閉式の扉が設置され、扉の上部には観察用のガラス窓が設けられています。扉には錠と取っ手が取り付けられており、扉は外開きです。

電気室は、断熱、防塵、空調冷却の機能を備え、熱伝達や粉塵の室内への侵入を防ぎます。保守担当者が電気機器を正常に保守できるように、電気室内には600mm以上の通路幅を確保し、有効高さは2.2m以上としています。通路面には絶縁ゴムマットを敷設しています。配電盤ラックの前には絶縁保護手すりを設置し、手すりと配電盤ラックの間には適切な保守スペースを設けています。主桁電気室には工業用特殊冷却ファンを設置し、電気部品が外気温の影響を受けず、常に安全かつ確実に動作するようにしています。

本稿では、上記のような取鍋天井クレーンの簡単な分析と説明を通して、取鍋天井クレーンの様々な構造の形状と機能について解説し、読者が将来的に一定の理解を得て、標準化された方法で設計を行い、不必要なミスやトラブルを回避できるようにすることを目的としています。

シンディ

ワッツアップ: +86 191 3738 6654

Eメール： cindywang@hndfcrane.com

私はシンディです。クレーン業界で 10 年間の勤務経験があり、豊富な専門知識を蓄積してきました。500 社以上のお客様にご満足いただけるクレーンを選んできました。クレーンに関するご要望やご質問がございましたら、お気軽にご連絡ください。専門知識と実務経験を活かして、問題解決のお手伝いをいたします。