港湾機械の分野では、海上クレーン船舶の荷役作業の中核設備として重要な役割を果たしています。マリンクレーンまたはデリックとも呼ばれ、主に船舶に設置され、様々な貨物の取り扱いに使用されます。造船作業において最も重要な甲板機械とされています。これらのクレーンは、コンパクトな構造、美しい外観、安全性、信頼性、エネルギー効率、環境への配慮、そして優れた操縦性を特徴としています。ブームには様々な形状があり、例えばストレートブーム, 伸縮ブーム、 そして折りたたみブーム; 動力源の制御方式も手動、電動、電動油圧など多様です。
海上クレーンは、海洋環境で輸送作業を行う特殊な設備であり、船舶間の貨物の移送、沖合への供給、水中作業設備の展開・回収などの重要な任務を担っています。しかし、特殊な海洋適用環境は、海上クレーンの制御に大きな課題をもたらします。陸上の劣駆動クレーン設備と同様に、輸送中の荷物の揺れを制御し、位置決め精度と輸送効率を確保する必要があります。一方、クレーンは船舶などの移動プラットフォームに固定されているため、プラットフォームの動きが荷物の動きに大きく影響し、荷物の吊り上げ・着地地点の動きがクレーン自体の動きと異なる場合が多くあります。運転中、クレーン船と受船の両方が海の波の影響でピッチング、ローリング、ヒービングを起こし、荷物が揺れます。揚降作業中、船舶の動揺により、吊り荷が甲板に再衝突したり、吊り荷を吊り下げた後フックから外れていない状態で再び宙吊りになったりすることが容易に起こり、運航上の安全を脅かす可能性があります。特に、船舶間の弾薬補給作業においては、このような連成運動はより深刻な結果をもたらす可能性があります。そのため、海上クレーンの制御は、世界中の軍事および民間の海洋工学分野から広く注目を集めており、特殊な外乱下におけるこのような非線形かつ強結合の劣駆動システムの制御を研究することは、大きな理論的価値と普遍的な意義を有しています。
海上クレーンの制御は、主に船体動揺の影響を軽減する上下制御と、荷の揺れを抑える横揺れ抑制の2つの側面に重点が置かれています。上下制御の場合、一般的な方法は、クレーン本体の機械構造を介して受船と接続することです。クレーン船両者の相対的な動きを感知し、吊りロープの長さの変化を受船の上下動と同期させることで、両船間の相対的な動きを補正し、荷物の吊り上げ・輸送を完了します。しかし、この方法はクレーンの機械構造に特別な要件を課し、吊り上げ重量に大きな制限を課します。
構成と操作モード
デリック装置は、構成上、デリック本体、貨物ブーム（または貨物マスト）、索具、ウインチ（または貨物ウインチ）などから構成される伝統的な荷役設備です。ロープが多く操作が煩雑であるにもかかわらず、構造がシンプルで製造が容易、コストが低いことから広く使用されています。デリック装置を用いた貨物の積み下ろしには、シングルブーム操作とダブルブーム操作の2つのモードがあります。
シングルブーム作業では、1 台のデリックを使用して貨物の積み下ろしを行います。貨物を吊り上げた後、ガイロープを引いてデリックとともに貨物を船外機またはハッチまで振り上げ、貨物を降ろし、デリックを元の位置まで回転させるという作業を繰り返します。そのたびにガイロープでデリックを振り回す必要があるため、効率が低く、労働強度が高くなります。ダブルブーム作業では、2 台のデリックを使用し、1 台はハッチの上に配置し、もう 1 台は船外機の上に伸ばします。デリックはガイロープで一定の作業位置に固定され、2 台のデリックの吊りロープは同じフックに接続されています。2 本の吊りロープをそれぞれ引き込んだり解放したりすることで、貨物を船からドックへ荷揚げしたり、ドックから船へ積み込んだりすることができます。ダブルブーム作業の積み下ろし効率はシングルブーム作業よりも高く、労働強度も低くなります。
その後、改良型のデリック装置が登場しました。ダブルトップリフトデリック装置は、シングルブーム操作のデリック装置を改良したもので、巻上げロープと左右に分かれた2組のトップリフトのみを備えています。デリックは、1つの巻上げウインチと2つのトップリフトウインチで制御され、操作が簡単で、積み下ろしの効率も高いです。アベルデリック装置は、ダブルブーム操作のデリック装置を改良したもので、巻上げウインチ、トップリフト、ガイロープウインチを備えています。ウインチの助けを借りて、デリックを任意の位置にすばやく配置できるだけでなく、デリックの作業半径内の固定点で貨物を持ち上げたり下ろしたりすることもできます。これは、貨物の積み下ろしの完全自動化に向けた重要なステップです。
用途と構造特性
海上クレーンバルクキャリア、コンテナ船、石油タンカー、多目的船などに広く使用されています。貨物クレーンばら積み貨物船やコンテナ船、石油タンカーのホースクレーン、デッキクレーン多目的船舶に設置されます。陸上クレーンと比較して、海上クレーンは不安定な船舶に設置されます。稼働中は船舶が傾いたり揺れたりし、作業環境は過酷で、潮風や海水による浸食を受けます。また、非稼働時においても、船舶の航行中は風、雪、波浪、動揺、揺れ、衝撃などの外力に耐える必要があります。
構造形式はジブ旋回式、走行式、ワイヤーロープ起伏式、シリンダー起伏式、伸縮ブーム式、折り畳みブーム式、Aフレーム式、複合式など様々であり、駆動方式も電動式、電動油圧式、電空圧式、ガソリン（ディーゼル）エンジン駆動、手動駆動など様々である。代表的なものとしては、ばら積み貨物船の荷役作業に用いられる電動油圧式海上クレーンが挙げられる。
海上クレーンの荷重支持構造は、基礎柱、タワー本体、ジブなど、ほとんどが金属鋼板の溶接構造部品です。基礎柱の下部は船体に溶接され、クレーンの重力荷重を支え、上部には旋回軸受けが備えられています。タワー本体は支持構造で、下部は旋回軸受けに接続され、ジブにヒンジ接続されています。上部には滑車ブロックと鋼線ロープが可動し、内部は機械室として利用されています。前部にはキャブが配置されています。ジブはトラス状の構造で、重量物を支えるために使用されます。
海上クレーンの実行機構は、巻上機構、起伏機構、旋回機構に分けられます。巻上機構は、モーター駆動のドラムが減速機を介して回転し、ワイヤーロープを巻き取ったり放したりすることでフックを上下に動かし、巻上げを実現します。起伏機構は、モーター駆動のドラムが減速機を介して回転し、ワイヤーロープを巻き取ったり放したりすることで、ジブを下部ヒンジポイントを中心に上下に回転させ、角度を変え、フックを異なる振幅で起伏させます。旋回機構は、モーター駆動のピニオンが減速機を介して旋回ベアリングの大歯車と噛み合い、タワー本体とジブを回転させます。これら3つの機構の減速機には、それぞれ正常動作を確保するために常閉ブレーキが装備されています。3つの機構が協調して動作することで、荷物を吊り上げ、作業範囲内の必要な位置に置くことができます。
駆動・制御用の電気系統は、電気制御ボックス内の各種制御部品で構成され、制御システムを形成します。この制御システムは、キャブシート両側のコンソール上のボタンとハンドルを介して操作・制御されます。油圧系統は、ポンプ、モーター、バルブ群、配管、およびそれらの付属品で構成され、いくつかの実行機構を制御・駆動します。さらに、海上クレーンには、通路や換気装置などの補助装置も装備されています。
分類およびその他の積み込み・積み下ろし機械
海上クレーンのデリック装置は、軽量型と重量型に分けられます。10トン未満の吊り上げ能力を持つものは軽量型、10トンを超えるものは重量型です。吊り上げ能力は船舶の用途によって決まります。一般的な乾貨物船の場合、軽量デリックのシングルブーム操作での吊り上げ能力は3〜5トン、ダブルブーム操作では1.5〜3トンです。10,000トンの乾貨物船の場合、シングルブーム操作での吊り上げ能力は10トンに達し、ダブルブーム操作では5トンに達します。現代の多目的船はコンテナを積み下ろしする必要があるため、デリックの吊り上げ能力は少なくとも20フィートコンテナ（20トン）を吊り上げることができなければなりません。重量型デリックは、大型機械や機関車などの重量のある大型貨物の積み下ろしに使用されます。貨物船には通常、1～2基の大型デリックが設置されており、その吊り上げ能力は10～60トンが主流ですが、60～150トンのものもあり、300トンに達するものも少数あります。一般的な乾貨物船では、各貨物倉に2基の小型デリックが設置され、大型乾貨物船では各貨物倉に4基が設置されていることが多いです。
デッキクレーン船舶の上甲板に設置され、コンパクトな構造のため、甲板面積を広く活用でき、ブリッジからの視界への影響も少ない。操作が簡単で、荷役効率が高く、柔軟性が高く、操作前の準備もほとんど必要ないため、ますます普及している。一般的なタイプには、固定式旋回クレーン、移動式旋回クレーン、ガントリークレーンがあり、伝動方式は電動式と電動油圧式がある。
固定式旋回クレーン最も広く使用されているのはガントリークレーンのことで、左右の単独またはペアで操作でき、通常3〜5トンの吊り上げ能力があります。多目的船では、シングルクレーンで20フィートのコンテナを、ダブルクレーンで40フィートのコンテナ（30トン）を吊り上げる必要があるため、吊り上げ能力は25〜30トンに達します。移動式旋回クレーンは、貨物の積み下ろしに大きなスパンが必要で、クレーンブームが長すぎないことが望ましい場合に使用され、船に沿って横方向と縦方向に移動する2つのタイプがあります。ガントリークレーンは、フルコンテナ船やはしけ運搬船で広く使用されており、通常は4本足またはC型です。伸縮式ブーム、リフティングビーム、可動ブリッジ、キャブを備えています。橋梁の水平主桁は、デッキ上に積み上げられたコンテナよりも高くなっており、自動位置決め装置が装備されています。これにより、コンテナをコンテナグリッド内に正確に配置したり、積載時にデッキ上に積み上げたりすることができます。バージ船にはコンテナ船よりも多くのガントリークレーンが搭載されており、最大数百トンの吊り上げ能力があります。
海洋クレーンに加えて、他の積み込みおよび積み下ろし機械には、主にエレベーター、ホイスト、およびコンベヤがあります。エレベーターは、ガイド レールに沿って船上で垂直に移動し、デッキ間での貨物の昇降に使用されます。たとえば、ロールオン/ロールオフ船では、貨物を輸送するためにさまざまなデッキを接続するためにエレベーターがよく使用されます。これには、長さ 9 ～ 18.5 メートル、幅 3 ～ 5 メートルのシザース タイプとチェーン タイプが含まれます。一部のはしけ運搬船もエレベーターを使用してはしけを積み下ろししますが、その吊り上げ能力はロールオン/ロールオフ船よりもはるかに大きくなります。ホイストは貨物を垂直または大きな傾斜方向に連続的に輸送し、コンベヤは貨物を水平または小さな傾斜方向に連続的に輸送します。これらの 2 種類の機械は、主にセルフアンローダー船またはサイド ドアから積み下ろしを行う船舶で使用されます。
多様な構造、豊富な機能、そして様々なシーンへの適応性を備えた海上クレーンは、船舶運航において欠かせない主要設備となっています。船舶輸送と海洋工学の発展に伴い、海上クレーンは効率性と知能化の両面で進化を続け、効率的な海上輸送と運航に継続的に貢献していきます。
投稿日時: 2025年8月8日
