オーバーヘッドクレーンのたわみの計算方法

オーバーヘッドクレーンは、産業環境で重い荷物を持ち上げたり運んだりするのに欠かせないツールです。しかし、天井クレーンを安全かつ効率的に運転するためには、クレーンのたわみを理解することが重要です。この記事では、たわみとは何か、なぜ重要なのか、天井クレーンのたわみの計算方法について説明します。

ディフレクションとは？

たわみとは、クレーンの構造が荷重を受けると曲がったり変形したりする度合いです。天井クレーンの設計、運用、保守を行う際に考慮すべき重要な要素です。クレーンのたわみは、重量分布、加速度、振動など、さまざまな要因によって発生します。

なぜたわみが重要なのか？

天井クレーンのたわみは、安全性と効率に大きな影響を与える可能性があります。クレーンの構造がたわみすぎると、クレーンが転倒し、オペレーターや近くにいる人が危険にさらされる可能性があります。さらに、過度のたわみはクレーン部品の疲労につながり、クレーンの寿命を縮め、メンテナンスコストを増大させる可能性があります。

垂直方向のたわみ基準

垂直たわみ基準とは、昇降装置に許容される最大 (垂直) たわみ率を指します。垂直方向のたわみは水平方向のたわみとは異なりますが、密閉型トラックブリッジクレーンでは両方が考慮されます。垂直たわみとは、クレーンのブリッジ、トラック、またはブームの位置が垂直軸に沿って変化することを指します。

ほとんどのクレーンシステムは、メーカーが配管、チューブ、鋼板、板金の設置、基礎の剛性、厚さの許容誤差の標準変動を制御できないため、おおよそのたわみ量で製造されています。つまり、メーカーが定義したたわみ量を上回ったり下回ったりしても、ある程度のばらつきは正常と見なすべきです。ただし、天井クレーンを標準の設置マニュアルに従って設置し、製造元の設置保守マニュアルに従ってメンテナンスを行うと、リフト製品の安全性と、選択した定格容量と性能基準に対応できることが保証されます。

安全規格のたわみ測定

安全基準のたわみを測定する場合、たわみは容量の 125% ではなく 100% の容量で測定されます。天井走行クレーンの運転試験および運転試験に関するANSI規格（ANSI/ASME B30.2）によると、「標準たわみは定格容量の 100% の荷重で測定する必要があり、該当する設計基準で規定されている許容たわみを超えてはなりません。」クレーンの種類ごとに、たわみ値はクレーンの全長、スパン、リーチによって異なります。

垂直方向のたわみの計算

ワークステーション (密閉型トラック) ブリッジクレーンの場合、垂直方向のたわみ値は重いブリッジクレーンよりも小さくなります。エンクローズド・トラック・ワークステーション・ブリッジ・クレーンのたわみ限度はL/450で、「L」はクレーンの長さ、つまりスパンです。つまり、ワークステーションのブリッジクレーンのたわみを測定するには、まずそのスパンまたは長さを知る必要があります。たわみの総量はごくわずかであるはずなので、この式は通常インチまたはセンチメートルで測定されます。たわみがインチで測定された値よりも大きい場合は、問題がある可能性があります。

たとえば、ワークステーションのブリッジクレーンに 34 フィートの橋があるとします。たわみは、まず測定単位をフィートからインチに変更することで求めることができます。34 フィートの橋の長さは 408 インチ (フィート x 12 = インチ) です。408 インチを密閉型ブリッジクレーンの指定されたたわみ限度 (L/450) で割ります。これにより、たわみは 1 インチ (.9 インチ) 未満になります。

水平方向のたわみの計算

天井クレーンでは垂直方向のたわみを考慮することが重要ですが、昇降装置の安全性と信頼性を確保するには水平方向のたわみも重要な要素です。水平方向のたわみは、最大定格荷重下におけるクレーンの滑走路ビームの中心線での変位として定義されます。

クレーンの水平方向のたわみは、通常、たわみ計またはレーザー測定ツールで測定されます。たわみゲージは、最大荷重がかかった状態でのクレーンの滑走路ビームの中心線での相対的な動きを測定する装置です。一方、レーザー測定ツールはレーザーを使用して2点間の距離を測定し、たわみを計算します。

天井クレーンの水平方向の許容たわみは、通常、ブリッジクレーンの場合はスパンの1/600、ジブクレーンの場合は高さの1/400に設定されています。ただし、これは特定の設計基準や製造元の仕様によって異なる場合があります。

組織仕様

前述のように、天井クレーンの許容たわみ値は、クレーンごとに、また関連するものごとに異なります。そのため、天井クレーンの設計、設置、保守を行う際には、製造元または関連団体が設定した組織仕様を参照することが重要です。

たとえば、米国クレーン製造業者協会 (CMAA) は、北米で使用される天井クレーンの基準を定めています。CMAA は、使用目的の重要度に基づいて、天井クレーンを6つのサービスクラスに分類しています。サービスクラスごとに、許容たわみ、耐荷重、その他の要素に関する仕様が異なります。

天井クレーンのたわみの計算方法は？

天井クレーンのたわみは、いくつかの異なる計算式を使用して計算できます。天井クレーンのたわみを計算する手順は次のとおりです。

ステップ 1: 負荷の決定

まず、クレーンが持ち上げる荷物の重量を決めます。この重量には、荷物の重量と昇降装置の重量を含める必要があります。

ステップ 2: 負荷分散の判定

次に、荷物の重量がクレーンの構造全体にどのように分散されるかを決定します。これは、クレーンの設計、使用する吊り上げ装置、および荷物の形状とサイズによって異なる場合があります。

ステップ 3: たわみの計算

荷重と荷重分布が決まったら、次の式を使用してクレーンのたわみを計算できます。

たわみ = (5 x 荷重 x 距離^4)/(384 x 弾性係数 x 慣性モーメント)

どこ:

荷重 = 持ち上げられる荷物の重量

距離 = 荷重の中心からたわみが測定される点までの距離

弾性係数 = 材料の剛性と変形に対する抵抗の尺度

慣性モーメント = 構造物の曲げに対する抵抗の尺度

たわみに影響する要因

天井クレーンのたわみには、いくつかの要因が影響します。考慮すべき最も重要な要因には、次のようなものがあります。

荷物の重量

荷重の重量は、たわみに影響を及ぼす最も重要な要素の 1 つです。荷重が重いほど、クレーンのたわみは大きくなります。

負荷分散

荷物の重量がクレーンの構造全体に分散される方法も、たわみに影響を与える可能性があります。重量配分が不均一な場合、クレーンのたわみが一部の領域で他の領域よりも大きくなることがあります。

クレーンデザイン

クレーン自体の設計もたわみに影響を与える可能性があります。クレーンのブームの長さ、使用する昇降装置のタイプ、クレーンの総重量などの要素はすべて、クレーンが荷重を受けた状態でどれだけたわむかに影響します。

クレーンメンテナンス

最後に、クレーンのメンテナンスはたわみにも影響します。時間が経つにつれて、クレーンのコンポーネントが摩耗したり裂けたりすると、負荷がかかった状態でクレーンのたわみが大きくなる可能性があります。

天井クレーンのたわみを計算することは、クレーンの安全性と効率を確保するために不可欠です。たわみとは何か、なぜそれが重要なのか、どのように計算するのかを理解することで、クレーンのオペレーターやメンテナンスの専門家はクレーンを最適な状態に保ち、事故のリスクを最小限に抑えることができます。