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「超高速船用荷役システムの研究開発」の報告書

 事業名 超高速船用荷役システムの研究開発
 団体名 シップ・アンド・オーシャン財団  


■事業の内容

(1) 船上荷役装置の研究開発
[1] 要素機器の設計
 平成4年度で実施した「自走台車方式」の試設計段階にて、試験実施により検証すべき課題を抽出したが、本年度はそれらの課題を解決すべく、その構成装置の核心となる自走台車及び操縦装置の各要素機器の機能について設計を実施した。なお、設計にあたっては実用化段階にて具備すべき安全対策、異常処理(衝突防止)対策、コンテナ隅金具とベーススタッカ間の許容寸法とその対策についての考え方を明確にするとともに、本要素機器にこれらの対策機能を付加した。
[2] 要素機器の試作及び試験
 上記の設計に基づいて以下の要素機器の試作及び陸上試験を実施し、それぞれの機能の確認及び評価を行った。
a. 試作
(a) 自走台車
イ. 性能
 積載貨物としては要素機器による検証という目的及び要素機器の規模を配慮して、20'コンテナ1スタックとし、積載重量を最大10トンとした。また、走行速度、加速性能については平成4年度研究の試設計で定めた値と同一となるように計画した。更に船上甲板〜岸壁聞のランプ傾斜を想定して5°傾斜での登坂能力を有するよう計画した。
・ 走行速度(全負荷時)  80m/min
 加速速度(全負荷時) 0.4m/sec
・ 台車全長       約4.4m
・ 台車全幅       約5.6m
・ 荷台全高(最低-最高)  約0.86m-1.14m
・ 総重量        約20 ton
・ 駆動輪×従動輪    4輪×4輪
ロ. 駆動方式
 制御の容易性、安全性等を考慮し、ディーゼル機関油圧駆動方式を採用した。車輪の配置に際しては積載貨物搭載状態にても安定し、なおかつ1輪当たりの荷重を約2.5トン以下にするよう位置及び数量を決定した。
ハ. 昇降機構
 コンテナの積み荷卸しのため、油圧シリング方式による昇降機構を設置した。計画にさいしてはコンテナが安全かつスムーズにペデスタルに移転できるよう配慮した。
ニ. 停止機構
 台車の前後方向の位置を定位置に精度良く停止させるため、車輪に油圧ブレーキ機構及び自走走台車に油圧シリンダ駆動ローラストッパを装備し、更にガイドレールにも停止装置にストッパを設けることとした。
ホ. その他
 直進走行を確保するため、自走台車の側端部に4個のガイドローラを設置し、ガイドレールに沿って直進可能となるよう計画した。また走行架台は、平成4年度に研究開発をおこなった受渡しステージを使用した荷役を想定して、自走台車によるコンテナの船上への積載あるいは積卸しのシミュレーションを含めた荷役時間の確認及び自走台車の定位置確保、登坂能力などの性能確認を目的に形状寸法を決めた。
(b) 操縦装置
 操縦装置の機器構成は、制御演算装置を含む制御演算装置パネル、ワイヤレステレメータ遠隔制御器、通信ユニット、送受信装置中継パネル及び各種センサとした。
イ. 制御演算装置パネル
 操縦装置の中心となるパネルで、ワイヤレステレメータ及びセンサからの情報に基づき、制御演算装置が荷役装置の制御を行う。
ロ. ワイヤレステレメータ装置
 自走台車を遠隔にて操作するための操縦器及び無線装置で、ワイヤレステレメータ遠隔制御器上の各種スイッチ類及びジョイスティックを操作することにより各種指令信号がワイヤレステレメータの通信ユニット、送受信装置中継パネルを経由し、制御演算装置に入力され実行される。
ハ. 周辺装置
 走行路における自走台車の位置情報や傷害物情報を自動運転の際に制御演算装置に取り込むために、センサ類を自動台車に装備した。これらのセンサ信号により、自走台車の速度制御、衝突防止制御等が制御演算装置により定められたシーケンスに従って実行される。
b. 試験
(a) 各種機能確認試験
 自走台車を走行架台上にて遠隔操作または遠隔自動にて運転し、自走台車と操縦装置とのマッチングやインターフェイスが適切にとられているか等の制御を含めた各種機能の確認を行うとともに必要に応じて計測を実施した。
(b) デモンストレーション
 岸壁〜船上間の実際の荷役シーケンスの一部を模擬し、要素機器全体としての挙動を検証確認した。デモンストレーションは以下の2ケースを行った。
イ. ケース1
 岸壁から船上へのコンテナ種み降しオペレーションを模擬したもので、自走台車がコンテナを積載しペデスタルまで搬送し、コンテナをペデスタル移動の後、スタート位置まで走行する自動運転を2サイクル行うケース。
ロ. ケース2
 船上のコンテナを岸壁におろすオペレーションを模擬したもので、空車でペデスタルまで走行し、そこでコンテナを移動後スタート位置まで走行する自動運転を2サイクル行うケース。
 以上、本年度実施した要素機器の試験により、平成4年度での技術検討課題の検証をすることができたとともに、数多くの知見を得ることができた。
[3] 実用型試作機器の基本設計
 平成4年度に行った試設計に基づいて、本船上荷役装置の核心となる要素機器について本年度は設計、試作の上、その陸上試験を行った。その結果、試設計にて計画した自走台車と操縦装置の所期の性能確認とともに今後のさらなる課題について把握した。ここではこれらの構成装置の中で主要装置である自走台車、受け渡し装置、操縦装置について概略基本設計を実施し、仕様・要目表としてまとめた。
(2) 係留・離接岸システムの研究開発
[1] 係留・離接岸システムのソフト・ハードに関する仕様の検討
a. 係留・離接岸システムの要件の検討
 当該システム検討の前提条件として、TSLの諸元、港湾・岸壁の想定入出港・係留・離接岸の定義、オペレーションの速度等を検討した。さらに当該システムを構成する船首部伸縮アーム装置、船尾部係留装置、位置検知装置及びTSLのウォータージェット推進機を含んだ全体システムとしての要件並びに詳細な各装置の要件を検討した。
b. 船首部伸縮アームの概略設計
 設計にあたり以下の項目を検討し、船首部伸縮アームの概略設計を行った。
・ 設計条件及び検討方針
・ 制御方式の検討
・ 主要部強度の検討
・ アーム先端の撓み量の検討
・ 旋回環の選定
・ 油圧駆動系及び油圧緩衝機構の検討
・ ポスト及びアームの配置の検討
・ アーム先端把持機構の検討
c. 船尾部係留装置の概略設計
 本装置の計画を行うための設計条件及び計画検討方針を検討し、各部機構及び全体配置の概略設計を行った。
d. 位置検知装置の概略設計
 当該システムに必要な位置検知装置に求められる要件を基に、各種の位置検知装置の比較調査を行い、目標とする要件に最も適した方式を検討した。調査の結果、船上の把持部位置検出方式、把持部センタ検出方式及び把持部衝突防止センサについてこれらの要件を満足し、かつ実現性の高い方式を選定することができた。さらにこれらを基に位置検知装置の基本性能を検討し、概略設計を行った。
基本性能
・ TSL把持部及び把持部センタの方向検出と追尾機能
・ TSL把持部の相対距離検出機能
・ 衝突防止信号発生機能
[2] 保留・離接岸システムのシミュレーション
 平成4年度の概念設計に基づいて概略設計された当該システムを対象に、接岸中及び岸壁近くに係留された状態におけるTSLのシミュレーション計算を行った。これにより本船の動揺量を把握し、当該システムヘ及ぼす船体運動の影響、船体把持部の動揺許容量や強度等、設計データを得ることができた。
[3] 構成要素の基礎実験
 自然外力条件下において伸縮アームで船体を保持した状態におけるシステム全体の挙動の基本特性を実験的に把握し、システムとしての成立性を検証することを目的として、以下の実験を行った。
a. 波浪中挙動試験
 離接岸距離10mの位置において船体が船首部伸縮アームによって把持されて動揺している状態において把持機構の挙動を確認した。
b. 離接岸試験
 離接岸距離10mの位置において船体が船首部伸縮アームによって把持されている船体を、波浪のない状態と波浪のある状態において接岸及び離接岸させ、船首部伸縮アームに離接岸機能を確認した。

 以上、本年度研究開発の結果、以下のようを結果が得られた。
・ 船首部伸縮アーム装置の作動と本船のウォータージェットの操作により、港湾で一般的である標準片岸壁において、通常考えられる波高・波向等の波浪条件に対し、TSLを引き寄せ・押し出し、離接岸を支援できる目途が得られた。
・ 船首部伸縮アーム装置及び船尾部係留装置により、従来の係留策に代わり機械的に係留できる目途が得られた。
・ 位置検知装置の検討において、悪天候下も含めて岸壁から本船の位置・本船把持部の位置の認識・追尾の目途が得られた。
■事業の成果

超高速船を利用した高速物流システムの実現には、船とともに陸上輸送と海上輸送の接点となる港湾における荷役の高速化が重要な鍵であると指摘されているものの、現在のところ利用可能と思われる適当な装置設備がないことから、本船の実用化に合わせて高速荷役システムを構築することが重要な課題となっている。このため超高速船の特性に適合し、かつ在来の荷役システムとは異なる高速荷役システムの開発を行うことを目的として、船上荷役装置及び係留・離接岸システムについて研究開発を行った。
 船上荷役装置の研究開発では、前年度の研究開発で選定した「自走台車方式」において予想された各構成要素機器の検証すべき技術課題について、20フィートコンテナ2個を運搬可能在自走台車及びこれの操縦装置等を設計・試作の上、陸上試験を実施し具体的な評価を行った。その結果、各種性能及び機能についてほほ初期計画とおり達成できていることが検証されるとともに、残された技術課題を把握し、解決のために必要とされる技術開発の方向づけを行うことができた。また、高速荷役システムの核心となる要素機器が、今回の試作を通じて実際の姿として機能し、荷役システムの挙動を現実の姿として把握できるようになったことにより、荷積み・荷卸し合計1時間という技術目標の達成に、実感として一歩近づけたと自信を持てたことも今回の研究開発の大きな成果であった。
 係留・離接岸システムの研究開発では、TSLの港湾での所要時間の短縮と悪天候下でも定時性の確保を支援することを目的とし、前年度の成果を踏まえ船首部伸縮アーム方式の概略設計を行い、ハード・ソフトについての仕様の検討を進めるとともに、円滑な荷役作業を実現させるためにより精度の高い岸壁係留時の挙動シミュレーション及び重要部分の基礎実験を行った。その結果、波浪条件の厳しい港にあっても本システムの立地場所を適切に選定することによって所定の稼働率で荷役が可能になることを既存の主要港湾で確認する等、本システムが所用の機能を十分有していることを確認できた。
 以上、本研究開発で得られた成果は、港湾に歩ける作業の効率化を通じて、90年代後半に予定されている超高速船の実用化の推進に大いに寄与するものと期待され、我が国造船産業の発展に資するものと思料される。





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更新日: 2023年1月28日

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