CN101014529A - 阻止集装箱的歪斜运动 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于停止载荷、尤其是由起重机(1)自由悬挂的集装箱(8)的歪斜运动(S)的装置，起重机(1)包括通过绳索(6)自由悬挂的用于抓住载荷和用于转动载荷的致动器(14)的吊具(7)。该装置包括用于测量歪斜运动(S)的传感器(16)，该传感器布置在固定到或在歪斜运动期间沿吊具运动的吊具(7)内。该装置还包括计算单元(17)，用于处理传感器(16)的测量信息以提供用于致动器(14)的控制信息，该致动器(14)能够移动起重机(1)的第一绳索(6.2、6.3)顶端(6.2’、6.3’)和/或第二绳索(6.1、6.4)的顶端(6.1’、6.4’)以停止歪斜运动。本发明还具有一种用于停止载荷、尤其是集装箱(8)的歪斜运动(S)的方法。

Description

阻止集装箱的歪斜运动

技术领域

本发明涉及阻止载荷、如集装箱的歪斜运动，该集装箱通过绳索由一起重机自由悬挂。特别地，本发明涉及阻止通过绳索由起重机自由悬挂的载荷、如集装箱吊具和集装箱的歪斜运动的装置和方法。

背景技术

在集装箱的操作中，利用集装箱吊具从上方抓住集装箱是公知的，其中集装箱吊具通过钢丝绳索由起重机承载。吊具在起重机吊运车下方悬挂，起重机通过布置在吊运车内的提升绳索承载。通常，吊具上例如可具有用于绳索的四个支撑点，每一个位于吊具的角落上，也可以具有不同数量的绳索支撑点。集装箱吊具一般是细长形的，因此用于提升绳索的至少一个支撑点通常位于吊具的每一端。吊具的简单术语也用于本发明的集装箱吊具。

在公知的用于集装箱操作的起重机中，当构成载荷的集装箱通过绳索自由悬挂时，集装箱的下垂运动使得集装箱操作缓慢，这带来问题。在起重机运动的协助下抑制起重机(起重机架、吊运车)的直接下垂运动也是已知的。本发明描述了例如通过使用集装箱操作阻止了通过绳索由起重机自由悬挂和承载的载荷的歪斜运动。然而，本发明也可以用于阻止通过绳索由起重机自由悬挂的相应载荷的歪斜运动，这是显而易见的。

在风的影响下由于与障碍物/另一集装箱的碰撞引起的外力形成的重量的偏心分布或者由于操作中出现的错误，集装箱通过转动开始摆动。歪斜运动最早通过‘与地面接触’，即通过将集装箱降低到地面上或者降到另一集装箱顶部上而停止。由于有损坏的可能性，这种‘与地面接触’是不值得建议的，尤其当被降在牵引车上时。作为留下的可行方案是等待或者通过致动器手动地停止该歪斜运动，这用于转动载荷的位置。这些方法减慢了操作，此外手动停止是非常困难的。

为了停止通过绳索悬挂的载荷的歪斜运动，已知的相对彼此以倾斜角度并紧密布置在起重机内的提升绳索。然而，当必须将载荷提升到非常高的地方时，提升绳索将形成这样一种角度，从而防止歪斜运动的力在实践中显著的减小。此外，这种布置在考虑到绳索的增加排列时被证明是不现实的，这种布置在杆的辅助作用下防止载荷的歪斜运动方面也是公知的，其中杆由起重机布置到载荷上。

如所知的，为了有助于歪斜运动的停止，已经使用了光学装置，摄像机和其它这种装置，它们位于起重机的吊运车内并且非常昂贵和复杂并且容易损坏并需要检修。

因此，需要一种新的更简单的并且更可靠的解决方案，其中不使用除其它以外的光学装置。

本发明的一个目的是提出一种新的和有创造性的用于停止载荷，尤其是集装箱的歪斜运动的装置和方法，通过上述装置和方法可以解决或者至少可以最小化上述问题和缺陷。

这些目的已经通过本发明获得，本发明的这些特征由包含的权利要求书所限定。

通常，本发明的装置的特征在于该装置包括传感器，计量单元和致动器，其中传感器用于测量歪斜运动，该传感器固定地布置在吊具内，从而在歪斜运动期间跟随吊具的运动，计量单元用于处理传感器的测量信息以给致动器提供控制信息，致动器能够移动起重机的第一绳索的顶端和/或第二绳索的顶端以停止歪斜运动。

通常，本发明的方法的特征在于歪斜运动通过传感器测量，传感器作为固定安装架布置在吊具上或布置成在歪斜运动期间跟随吊具的运动，计量单元用于处理传感器的测量信息以对致动器提供控制信息，控制信息传递给致动器，致动器用于执行至少一个纠正运动以移动起重机第一绳索的顶端和/或第二绳索的顶端。

至于本发明的其它方面，特征和优点将参考权利要求中的从属权利要求和以下说明书中的特殊方案，其中被认为是有利的、本发明的某些实施例以及它们实施的可行性将仅作为示例进行更详细的解释。

根据本发明，用于停止载荷，即吊具和通过绳索由起重机的吊运车悬挂的集装箱的歪斜运动的方案在操作中是有利的和可靠的。根据本发明的方案仅需要较少的装置。在本方案中，集装箱运动的测量直接基于吊具运动的测量，并且整个测量简单的和仅有的通过传感装置进行，这些传感装置位于吊具内。这种布置容易实施，不受环境因素的影响，通过这种方式雨水、薄雾和尘土不能影响测量结果。因此，测量结果是完美的。有利地，该测量和计算装置不需要维护，并且可以承受温度。典型地，歪斜运动可在大约10秒内停止，最长在15秒内停止。

附图说明

下面，本发明将参考随附的附图并结合实施例进行说明，然而没有将本发明限制为仅在附图中表示的。

图1示出一起重机，其中集装箱和集装箱吊具通过绳索从起重机的吊运车自由悬挂。

图2示出集装箱吊具的歪斜运动。

图3是从吊运车悬挂的集装箱吊具的侧视图。

图4是从上面看到的吊运车的视图。

图5示出摆动载荷的角位置与时间的函数。

图6示出如何控制歪斜运动停止的示意性实施例。

具体实施方式

图1示出了起重机1，其中主体包括竖直定位的支腿2和水平定位的梁3，该梁在顶端连接支腿并且梁顶表面形成导引表面，吊运车4布置在导引表面上，以使(吊运车)沿侧向方向移动。在支腿2的底端悬挂有轮5，用于在地面G上使起重机1(起重机架)运动。

通过绳索6从吊运车4自由悬挂的吊具7可以用来夹紧将被移动的集装箱8并且用于集装箱的向上提升和向下降低。带有两端部的箭头S表示吊具7和集装箱8的歪斜运动。在风的影响下或者由于操作中的失误，考虑到与障碍物/另一集装箱发生碰撞引起的外力而使重量偏心分布，通过沿箭头S所示的方式旋转，集装箱8可以开始摆动。

图2示出沿竖直方向观察到的集装箱吊具7的歪斜运动S。

图3是吊运车4和通过绳索从吊运车4悬挂的集装箱吊具7的侧视图，图4是从上方看到的吊运车4的视图。在吊运车4中布置有由电动机9驱动的绳索滚轮10(drum)，绳索6，更具体说绳索6.1、6.2、6.3和6.4从绳索滚轮10释放以降低载荷，并将绳索缠绕在绳索滚轮10上以提升载荷。第一绳索6.2和6.3从绳索滚轮10自由地向下引导到吊具7的左手端，并且第二绳索6.1和6.4通过吊运车槽轮11自由向下引导到吊具7的左手端。

在如图4所示的吊具7中，在长方形的吊具的每个角落的区域内有四个用于绳索的支撑点。在吊具7内的用于绳索的支撑点处布置有槽轮12，所有绳索6.1、6.2、6.3和6.4穿过槽轮12向上翻卷到吊运车4。绳索的顶端相应的由标号6.1’、6.2’、6.3’和6.4’示出。用于绳索悬挂顶端的传送装置由参考标号13示出，同时用于传动装置13的致动器由参考标号14示出。

在根据本发明附图所示实施例的方案中，由于通过绳索从起重机1吊运车4悬挂的吊具7内的模块22确定吊具7歪斜运动的方向、长度和速度，即吊具的角速度以计算用于纠正致动器14运动的所需控制命令，为停止集装箱8的歪斜运动，布置有一个简单的传感器16和计量单元17。模块22内形成的控制信息沿电缆23向上传递到吊运车。

在本发明的布置中，通过对由致动器14形成的歪斜运动产生适当的纠正运动或相应运动而阻尼/停止集装箱8的歪斜运动S，其中致动器14用于转动载荷的位置并位于用来操纵集装箱的起重机1的吊运车4内，致动器14移动绳索悬挂的顶端。所述装置在第一纠正位置处，即操作者启动用于停止歪斜运动的功能之后歪斜运动的最远端执行快速纠正运动。

通过移动第一绳索6.2、6.3的顶端6.2’、6.3’的支撑位置而进行纠正运动或者通过移动第二绳索6.1、6.4的顶端6.1’、6.4’的支撑位置而进行纠正运动，其中第二绳索6.1、6.4沿与吊运车4纵向横向的方向连接到吊运车4内吊具7左手端区域内和/或右手端区域内。纠正运动沿相同方向进行，其中吊具7的歪斜运动最后一次被导引，即沿吊具7歪斜运动S的方向。通过纠正运动，绳索顶端大体移动到载荷上方，从而绳索大体沿竖直方向悬挂。致动器14用于沿横向方向以足够的速度在吊运车内移动用于绳索悬挂顶端的传送装置13，该传送装置如图3和4实施例中所示作为用于在轮15上吊运车4上方来回移动的小车。致动器14的传送速度设置得足够高，通常高于用于转动载荷位置的手动操作的致动器的速度。

根据本发明，载荷的歪斜运动描述为所谓的动态方式，从而歪斜运动的识别与摆动载荷同时进行。没有必要从歪斜运动测量摆动载荷的绝对角度，但是足以辨别运动的极限。

摆动载荷的角位置可以以正弦波形描述为时间的函数，如图5所示。在图5所示的坐标系下，横轴代表时间，纵轴代表角位置。该曲线图示出具有两个未阻尼的歪斜运动的长度。当载荷位于正弦波的顶点(点A)时并且当载荷位于正弦波的底部(点B)时载荷角速度为零，从而载荷位于歪斜运动的最远端、角位置的最大点处。载荷的角速度当正弦波穿过坐标系的横轴(点C)时最高，从而角位置为零并且载荷是竖直的。

图6示意地示出如何控制歪斜运动的停止。在根据本发明的布置中，传感器16布置在集装箱吊具7的模块22内以与集装箱吊具7的运动同时运动并实时测量集装箱吊具7的歪斜运动。使用的传感器16可以是角速度传感器、陀螺仪、加速传感器或其它这种观察旋转运动的传感器、识别往复运动相变的传感器、识别速度的传感器或一些其它这种传感器，角速度可以直接或通过计算由传感器获得。

在本发明优选实施例中使用的角速度传感器优选的连续测量摆动，从而当用于停止歪斜运动的装置的功能被启动时，位于模块22内的计算单元17也可以立即产生用于致动器14纠正运动的控制命令。因此，计算单元17优选的在每一个时间得知吊具7的角位置和方向，其中吊具7开始旋转。因此，计算单元17可用来实时计算必须的补偿运动以使载荷停止。

因此，计算单元17还优选位于集装箱吊具7内，并且由接收到的测量信息计算吊具7的运动。计算单元17计算用于该运动的纠正运动并发送到起重机控制设备，例如PLC18，并发送用于致动器14的控制命令以产生纠正运动。停止算法基本上基于所谓的自由振动理论。

下面描述实践实施的一个例子。由于操作者最知道载荷被移动到哪里，因此用于防止集装箱歪斜运动的装置尤其用于使得操作者的工作更加容易。为支持操作者，他的操作面板21具有灯光，灯光可告知操作者是否按照装置的建议停止歪斜运动。当操作者愿意通过按压控制面板21上的开启开关时，操作者决定启动装置。通过该开关，装置的自动操作可以被关闭。当操作者手动地操作致动器14时，用于防止集装箱歪斜运动的自动功能装置将停止运行。传感器和用于测量载荷歪斜运动的计算单元16、17位于模块22内，模块22位于集装箱吊具7的机架内。计算单元是嵌入式计算机。与吊具7的连接通过母线19，例如CAN总线建立。在吊运车4上方设置总线变换器，模块22在总线变换器上方通过具有机器PLC18的控制总线20连接。操作者的控制面板21通过控制总线20连接到控制设备。吊具7内的传感器和计算单元16、17处理吊具的已测量运动信息以对致动器14提供运动信息。换句话说，传感器和计算单元16、17计算用于转动吊具和载荷位置的纠正运动，例如液压汽缸运动，并将该信息传送到PLC18。在这方面，PLC18用作所谓回转运动停止模块22的伺服机构，其通过吊具的运动传感器16和计算单元17形成。在实时计算中，当在由角速度传感器指示的速度为零时，致动器14被控制以执行纠正运动。在每个歪斜运动之后，由歪斜运动S的振幅确定任何新的可能需要的纠正运动的量值是可行的。纠正运动的方向可能由歪斜运动S的方向确定。

致动器14是快的，并且根据本发明的优选实施例，致动器14还设有允许所谓的快速运动的运行方式，除了该运行方式在正常速度下运行外。该致动器14例如是液压的，从而PLC18基于计算单元17的控制命令控制致动器14。这里，布置有例如用于沿第一方向移动提升绳索的顶端6.2’、6.3’和/或6.1’、6.4’并且用于沿相反方向移动提升绳索的液压回路，该液压回路包括带有阀的蓄压器，必要的控制阀和液压汽缸。液压致动器的快速运动通过蓄压器的协助形成。起重机1的PLC18用于将停止歪斜运动所需的控制信息传递给液压汽缸前的控制阀。如果吊具的被纠正的歪斜运动大，建议使用快速运动，如果吊具的被纠正的歪斜运动小，可以使用正常运动。

没有必要构建根据上述的实践实施例的系统，但是修改是可能的。因此，使用的总线19、20可以在不同的机器中变化，计算单元17可以是不同的种类。用于转动吊具和载荷的受控致动器也可以是例如机电致动器，例如在两个或更多个速度下操作的电动机。

根据本发明的用于停止集装箱歪斜运动的装置可以用于连续操作或不连续操作。该装置也可以用于与沿起重机(起重机架、吊运车)运动方向的纠正运动同时使用。

在连续操作中，系统始终将载荷的歪斜运动保持在允许限制的范围内，因此不允许载荷的任何过量的歪斜运动。

在不连续的操作中，操作者在停止载荷时使用控制面板21确定。在注意到载荷摆动太大以至于想要停止时，操作者将按压停止歪斜运动的按钮。装置将载荷停止并且操作者继续他的工作。停止载荷的歪斜运动是摆动的两倍的时间，即最多不多于15妙，从而剩余的摆动小于2度。

不连续操作在考虑节约能量和致动器的使用寿命的使用中是有利的。

本发明通过示例的方式并参考随附的附图进行上面的描述。然而，本发明不仅仅限于附图所示的示例，本发明的不同实施例可以在由下面的权利要求限定的有创造性的范围内进行改变。

因此，根据本发明的布置可以在原理上用于任何类型的起重机中，起重机内有自由悬挂的载荷和用于转动载荷的受控致动器。

Claims (20)

1.一种用于停止载荷、尤其是由起重机(1)自由悬挂集装箱(8)的歪斜运动(S)的装置，该起重机(1)包括通过绳索(6)悬挂的用于抓住载荷和用于转动载荷的一个或多个致动器(14)的吊具(7)，其特征在于，所述装置包括用于测量歪斜运动(S)的传感器，该传感器布置在固定到或在歪斜运动期间沿吊具运动的吊具(7)内；

计算单元(17)，该计算单元(17)用于处理传感器(16)的测量信息以提供用于一个或多个致动器(14)的控制信息，和

致动器(14)，该致动器能够移动起重机(1)的第一绳索(6.2、6.3)顶端(6.2’、6.3’)和/或第二绳索(6.1、6.4)的顶端(6.1’、6.4’)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算单元(17)布置在吊具(7)内。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传感器(16)和计算单元(17)布置成吊具(7)内的模块(22)。

4.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，在传感器(16)和计算单元(17)之间有总线连接(19、20)、控制面板(21)、起重机控制设备和致动器(14)，所述控制面板属于起重机(1)，所述起重机控制设备例如是属于起重机的PLC(18)。

5.如权利要求1-4任一所述的装置，其特征在于，所述致动器(14)是机电或液压致动器。

6.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述致动器(14)设置有快速运动。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括传送装置(13)，绳索(6.2、6.3；6.1、6.4)的顶端附连在传送装置上，所述传送装置可以由致动器(14)移动。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述传送装置(13)是配有用于来回移动的轮(15)的小车。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(16)是角速度传感器、回转装置、加速度传感器或其它这种观察旋转运动的传感器、识别往复运动相变的传感器或是识别速度的传感器。

10.如权利要求1-9任一所述的装置，其特征在于，所述传感器(16)不停地操作用于测量歪斜运动，所述计算单元(17)不停地操作用于计算歪斜运动。

11.一种用于停止载荷、尤其是由起重机(1)自由悬挂的集装箱(8)的歪斜运动(S)的方法，该起重机(1)包括通过绳索(6)悬挂的用于抓住载荷和用于转动载荷的一个或多个致动器(14)的吊具(7)，其特征在于，所述歪斜运动(S)由固定布置在吊具(7)内或布置以在歪斜运动期间沿吊具的传感器(16)测量；

所述计算单元(17)用于处理传感器(16)的测量信息以提供用于一个或多个致动器(14)的控制信息；

所述控制信息传递(19、20)到致动器(14)；和

所述致动器(14)用于执行至少一个纠正运动，以移动起重机(1)的第一绳索(6.2、6.3)的顶端(6.2’、6.3’)和/或第二绳索(6.1、6.4)的顶端(6.1’、6.4’)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述致动器(14)用于执行一个纠正运动，通过所述纠正运动移动传递装置(13)，绳索(6.2、6.3；6.1、6.4)的顶端附连到传递装置(13)。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，由传感器(16)和计算单元(17)形成的控制信息以总线基方式(19、20)通过属于起重机(1)的PLC(18)传递到致动器(14)。

14.如权利要求11-13任一所述的方法，其特征在于，一机电或液压致动器选择作为致动器(14)。

15.如权利要求11-14任一所述的方法，其特征在于，所述致动器(14)设置有快速运动。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器(16)用于测量旋转运动、往复运动的相变、加速度或速度，籍此角速度传感器、回旋装置、加速传感器或其它这种观察旋转运动的传感器、识别往复运动相变的传感器或识别速度的传感器选择作为致动器(14)。

17.如权利要求11-16任一所述的方法，其特征在于，所述传感器(16)测量并且所述计算单元(17)计算连续操作中的歪斜运动(S)。

18.如权利要求11-17任一所述的方法，其特征在于，所述方法被重复直到获得用于残余振动的某个可接受的限定值。

19.如权利要求11-18任一所述的方法，其特征在于，所述方法被不连续地使用直到已经停止歪斜运动(S)。

20.如权利要求11-17任一所述的方法，其特征在于，所述方法用于连续操作中。

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