CN102137808B - 具有导板臂驱动的吊具 - Google Patents

Abstract

用于引导吊具接合集装箱的导板组件，所述导板组件包括：铰链安装到所述吊具上的导板(25)，所述导板(25)能够绕所述安装在打开位置和关闭位置之间运动；远离所述导板(25)安装到所述吊具上的电机(31)；位于所述电机(31)和所述导板(25)的铰链安装之间的间隔组件(40)，其中所述间隔组件(40)能够将扭矩从所述电机(31)传输到所述铰链安装，从而在所述关闭位置和所述打开位置之间移动所述导板(25)。

Description

具有导板臂驱动的吊具

技术领域

本发明涉及一种通过吊具(spreader)接合集装箱的方法。特别的，本发明涉及一种用于辅助引导吊具与集装箱的接合的组件。

背景技术

为了移动集装箱，连接到起重机(crane)上的吊具将在集装箱上部的四个边缘点上接合集装箱。通过被称为扭锁接合的方式实现吊具与集装箱的接合，其中扭锁接合被设置为提供快速的接合与分离结构。但是，吊具与集装箱之间的所述扭锁接合要求一定的精确度，而由于环境条件的原因，这样的精确度可能不容易获得。

为了辅助起重机操作员，使用导板组件接触集装箱并引导吊具，从而对齐吊具和集装箱之间的扭锁接合。

在集装箱周围具有足够间隙的情况下，通常通过放下全部导板而使吊具从上方接近。导板的漏斗形底部包围集装箱的角落，并利用导板的长度作为引导件而使吊具下滑到集装箱上。或者，如果集装箱不具有足够的间隙，通过两个导板上升以及两个导板下降，吊具可以从侧面接近。在“升起”位置，导板与吊具以及集装箱分离，且不参与引导动作。吊具水平移动到集装箱的角落附近，然后在使用两个下降的导板作为引导件之前下降。

当导板接触集装箱时，施加相应的冲击力。为了避免该冲击力损坏导板，特别是如果环境导致特别高的冲击力时，即当相应的特别高的冲击力超过绕导板铰链的预设扭矩时，允许导板“反向驱动”。对于传统的液压导板，通过以下方式来获得反向驱动能力：在液压回路中提供压力释放，从而当超过所述压力时，释放操作允许导板自由转动。

对于由电机驱动的导板，更难实现反向驱动。当超过特定施加的力时，电机的与压力释放相类似的过程允许传动箱反向驱动。一种措施涉及通过脱离和操作电机而不制动来允许导板自由的反向运动，从而反向驱动传动箱。在这种情况下，导板不提供阻力，因此可以被自由的反向驱动，但是其不再起到引导件的作用。在导板下降位置处保持扭矩的缺失与液压导板的情况是不同的，因为对于液压导板来说，至少能够通过压力释放来保持制动压力。

因此，优选的是在下降位置处导板不能自由运动。相应地，当导板处于下降位置时，系统保持在电机端用于制动电机的制动器，从而提供保持扭矩。

但是，除非包含安全措施，否则该设置会对传动箱造成严重的损坏。特别是在随后施加在反向驱动上的扭矩高或者持续周期长的情况下更是如此。

根据现有技术的导板设计的另一个问题是在操作过程中倾向于破坏电机和传动箱。电机和传动箱安装在吊具的角落上，以便通过导板与吊具的铰链安装来驱动导板，通过导板或者由于与其他物体的外部接触，上述安装位置使得电机和传动箱接近高冲击载荷的位置。

此外，为了通过铰链安装进行直接驱动，需要将电机和传动箱定位在吊具的角落上，以便与导板一起安装。这进一步减小了电机和传动箱的尺寸并因此限制了电机或传动箱的额定值，从而导致为了在尺寸和额定值的对立设计参数之间进行折衷而进行电机和传动箱的专用设计。

现有技术显示了使用蜗轮的电机驱动导板，其能够保持控制以及与通过导板的铰链安装与直接驱动保持一致。但是，即使应用这种电机/传动箱/导板设置，蜗轮驱动也不能用于提供反向驱动能力。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于引导吊具接合集装箱的导板组件，所述导板组件包括：铰链安装到所述吊具上的导板，所述导板能够绕所述铰链安装在打开位置和关闭位置之间运动；远离所述导板安装到所述吊具上的电机；位于所述电机和所述导板的铰链安装之间的间隔组件；其中所述间隔组件能够将扭矩从所述电机传输到所述铰链安装，从而在所述关闭位置和所述打开位置之间移动所述导板。

根据本发明的第二方面，提供一种用于引导吊具接合集装箱的导板组件，所述导板组件包括：铰链安装到所述吊具上的导板；安装到所述吊具上的电机；位于所述电机和所述导板的铰链安装之间的间隔组件，其中所述间隔组件包括扭矩限制器，所述扭矩限制器被设置在预定的最大扭矩，从而防止由所述导板的冲击所施加的反向驱动扭矩作用到所述传动箱(gear box)上。为了解决冲击问题，本发明提出远离吊具的角落设置电机，但是仍然通过将扭矩从电机传输到铰链安装的间隔组件向导板的铰链安装提供驱动。

相应地，通过使电机和传动箱远离高冲击的危险区域，可以显著减小这样的动作对电机或传动箱造成破坏的可能性。

这种设置获得的其他优点包括减小了对电机和传动箱的尺寸的限制。因此，与现有技术相比，由于可以更少地考虑空间问题，因此可以提供具有更高额定值的电机和/或传动箱。这还能避免专门化设计的需要，因此能够采用现成的设备从而减少了制造成本。

此外，由于对电机和传动箱的位置的要求不那么严格，它们可以设置在允许进一步保护的更方便的位置上，例如吊具自身结构的内部。另外，在又一种设置中，保护性防护装置可以设置在吊具上电机和传动箱周围的位置，以便进一步保护电机和传动箱免受破坏。

关于反向驱动能力，可以在组件内包含安全设备，该安全设备能够提供反向驱动能力以及更好的防护超过预设极限的初始的高冲击载荷。

例如，传动箱不是采用蜗轮驱动，而是可以使用行星齿轮设置或斜齿轮或伞齿轮设置。与和导板直接驱动接合的蜗轮驱动传动箱相比，在这些设置中，通过传动箱将反向驱动扭矩从导板传输到电机的能力能够显著降低损坏传动箱的风险。

另外，可以设置与传动箱串联的扭矩限制器。当扭矩超出极限时，这样的设备能够提供滑动，从而保护施加的高冲击载荷以及任何随后的高反向驱动扭矩。

在本发明的一个实施例中，电机和传动箱通过铰链安装的一部分将扭矩提供给导板的铰链安装。这样的设置可能要求从电机和传动箱到铰链安装的驱动线通过45度角。应注意，导板位于吊具的角落上，因此相对于吊具的矩形框架可以45度角定向。相应地，为了实现从与吊具的框架部件共线的电机或传动箱到导板的铰链的驱动，要求驱动力通过45度，以便施加扭矩。

将扭矩传输到导板的方式是通过可以与导板直接接合的扭矩传输器。扭矩传输器可以在导板的一个铰链处接合导板。其也可以接合导板的两个铰链。通过这种方式，间隔组件可以作为驱动链或者扭矩链，以便驱动导板被打开或关闭。扭矩传输器可以是直接联动装置(directlinkage)，例如通过所述铰链之一接合导板的万向节。

可选地，与导板的接合可以通过斜齿轮来实现。在这种情况下，齿轮可以在导板的两个铰链之间横越，同时扭矩被传输到斜齿轮以便驱动导板。斜齿轮相对于联动装置的优点是能够改变传动比。对于联动装置而言，扭矩是直接传输的，因此传动比是1∶1。但是对于斜齿轮而言，通过改变斜齿轮的尺寸，可以使用减小的传动比，例如3∶1或4∶1。

再次比较联动装置与斜齿轮，如果电机的传动比例如是150∶1，传动箱的额定值是传输2000Nm的扭矩至导板，则扭矩限制器可以被设定为在2700Nm时滑动。

但是，如果斜齿轮(例如交错轴斜齿轮)的传动比为3∶1，对于相同的驱动，传动箱的传动比可能被减小到50∶1，相应的传动箱输出扭矩的额定值减小到667Nm。这样，扭矩限制器可以被设定为在例如900Nm。其结果是，减小传动箱和扭矩限制器的尺寸，从而节省空间和成本。

在又一个实施例中，传动箱可以是直角传动箱或者同轴传动箱。与联动装置相比，同轴传动箱特别用于斜齿轮设置。通过调整斜齿轮的传动比，可以减小同轴传动箱的额定值从而减小其尺寸，以便更紧凑的进行装配。在需要联动装置的特定实施例中，直角传动箱可能是非常适合的。但是在需要更紧凑的组件的情况下，通过减小尺寸，具有减小的传动比设置以便减小所需的传动箱额定值的斜齿轮可允许使用同轴传动箱。

在另一个实施例中，代替联动装置或斜齿轮组而使用伞齿轮设置来实现与导板的接合。与斜齿轮类似的优点也适用于伞齿轮，包括调节传动比，以及获得前述的优点。

在另一个实施例中，调节交错轴斜齿轮或伞齿轮的传动比可允许传动箱和扭矩限制器足够小，以便装配在可用的空间内。在这种情况下，可以减小间隔组件的整个驱动链的尺寸，以便更紧凑的装配。

附图说明

参考显示本发明的可能设置的附图便于进一步描述本发明。本发明的其他设置也是可能的，因此附图中的细节不应被理解为代替本发明的前述描述的一般性。

图1是根据本发明的包括导板组件的吊具的等轴测图；

图2A是根据本发明的一个实施例的导板组件的等轴测图，其中导板处于打开位置；

图2B是图2A的导板组件的等轴测图，其中导板处于关闭位置；

图2C是根据本发明的一个实施例的导板组件的等轴测图，其中显示间隔组件；

图3是图2C的导板组件的平面图；

图4是根据本发明的另一个实施例的间隔组件的平面图；

图5A和5B是根据本发明的另一个实施例的间隔组件的不同视图；

图6A至6C是根据本发明的另一个实施例的间隔组件的不同视图；

图7A和7B是根据本发明的另一个实施例的间隔组件的不同视图；

图8A、8B和8C是根据本发明的另一个实施例的间隔组件的不同视图。

具体实施方式

本发明的一个关键特征是在电机和导板之间提供间隔组件，所述间隔组件接合导板的铰链安装以便在打开位置和关闭位置之间驱动导板。所述间隔组件可以被称为驱动线、驱动链或扭矩链，并且被设置为将扭矩从电机传输到导板。间隔组件内的部件可以包括传动箱(gearbox)和扭矩限制器(torque limiter)，扭矩限制器用于保护传动箱和电机免受导板上的冲击载荷。间隔组件还可以包括其上安装扭矩限制器的轴，所述轴将扭矩从传动箱传递到扭矩传输器，所述扭矩传输器将来自于轴的扭矩转换到导板的铰链安装。

根据不同应用的变化的优点，本发明包括部件的不同替代形式。附图显示了落入本发明范围内的几个不同替代例。

图1显示了根据本发明的一个实施例的吊具组件5。这里，吊具框架10在框架10的每个角落上具有导板组件15A至D。导板组件15A至D相对于框架10以倾斜角度(例如45度)向外定向。在该实施例中，导板25A至D被关闭，准备引导吊具与集装箱接合。通过扭锁组件20A至D实现与吊具的接合，为了实现接合，扭锁组件20A至D要求一定的精确度。为此，使吊具接近集装箱的顶部并在导板25A至D的漏斗形底部所提供的公差之内。一旦吊具位于漏斗形部分所限定的扩大区域内，就可以以导板作为引导件下降吊具，使这些吊具滑动到与集装箱接触，以便随后被扭锁接合。

应理解，使吊具接近集装箱可能导致高冲击载荷被施加到导板的漏斗形部分上。为了提供将吊具引导到集装箱上的功能，如果要提供该引导功能导板必须抵抗集装箱的冲击载荷。应理解，当吊具将要接触集装箱时，当接近集装箱时由于吊具在导板周围“弹起”，吊具产生大量的“卡嗒声”。最后通过导板的引导，吊具将接触集装箱，以高精确度处于接合定向中，以便接合扭锁。

在该下降过程中，“卡嗒声”或“弹起”可能导致冲击载荷，该冲击载荷必须被导板抵抗。但是，当吊具最初下降时导板和集装箱之间的初始接触可能显著高于滑动部分中正常承受的接触。如果该非常高的冲击载荷太高而且缺乏安全预防措施，导板可能被损坏并因此不能提供引导功能。引导功能与集装箱被接合的速度直接相关，因此，损坏的导板可能影响过程的效率。相应的，即使在维修过程中不涉及吊具，维修导板也是需要大量的工作。因此，优选地导板能够抵抗正常的冲击载荷，但是在高冲击下，导板能够在出现损坏之前释放。

图2A和2B显示了根据本发明的导板组件，其中图2A显示导板25处于打开位置，图2B显示导板25处于关闭位置。导板组件15包括铰链安装35A和B，导板25可以绕铰链安装35A和B转动。在吊具的框架10内设置由保护板33保护的电机和传动箱30。应注意，电机和传动箱30通过间隔组件(未显示)而远离导板25。

如上所述，在集装箱接合过程中可能经受高冲击载荷。对于位置接近导板的传动箱和电机而言，这些高冲击载荷在非常接近电机的位置出现，导致电机可能被损坏。此外，通过为导板的铰链安装提供直接驱动，电机可能不易抵抗前述的导板的安全操作所需的“反向驱动”。如下所述，本发明使电机和传动箱远离导板25，从而获得一定范围的益处，包括实施例在整体组件中具有安全设备。

图2C显示了导板组件15，导板组件15包括电机30、包括传动箱的间隔组件40以及安装于吊具的框架10的导板25。通过铰链安装35A、35B实现与安装到一个这样的铰链安装35A上的间隔组件的安装。为清楚起见，去除了框架10的大部分，包括用于保护电机和传动箱免受外部破坏的保护板33。

图3显示了组件15的平面图，其中电机31安装在传动箱32上，传动箱32顺次安装在间隔组件40上。间隔组件40包括驱动线或驱动链，驱动线或驱动链具有轴45以及与轴45同轴的扭矩限制器55。间隔组件40与铰链安装35A、35B的连接是通过所述铰链安装35A之一通过联动装置50实现的，联动装置50是万向节，能够将电机31施加的扭矩传输到铰链安装35从而足以将导板25从打开位置驱动到关闭位置。此外，在施加特别高的冲击载荷从而导板必须经受释放的情况下，间隔组件40中的联动装置55能够传输反向驱动扭矩。

在这种情况下，电机31是伺服电机，以便在反向驱动的过程中有助于保持对扭矩的阻力。此外，与不能提供抵抗从导板组件施加的力的连续力的传统电机相比，即使在静止时，由于反馈能力，伺服电机也能够保持对扭矩的阻力。相应的，由于施加的扭矩被保持，或者甚至在使用过程中被周期性增大，因此伺服电机自动补偿施加的扭矩。

该实施例相对于现有技术的显著优点在于联动装置55不会受到施加反向驱动扭矩时直接连接到铰链安装上的蜗轮驱动可能受到的相同的破坏。此外，当施加这样的高冲击载荷时，扭矩限制器50的设置能够提供滑动，因此防止当扭矩达到特定水平时损坏传动箱。

可以通过多种不同设置来提供这样的扭矩限制器。可以通过专有产品来提供扭矩限制器，本领域技术人员可以理解能够提供适当的设备。这样的设备中的一种是ROBA^TM型号132。该设备是用于连接到轴的具有可调扭矩的正锁定柔性安全离合器。柔性耦合部件被设计为正锁定爪形耦合。可以在不拆除离合器的情况下分离输入端和输出端。扭矩通过可互换的柔性中间环被传输。其他这样的设备也是适当的，可以相应的使用。

与现有技术性比，由于对传动箱尺寸的限制较少，可以使用一定范围的抗扭矩齿轮设置。尽管现有技术的传动箱需要蜗轮，但是在本发明的情况下，可以包括行星齿轮传动箱或具有斜齿轮或伞齿轮的传动箱。由于尺寸不再是考虑的重点，可以使用具有较高额定值的传动箱，以便克服预期的反向驱动扭矩。

在这种设置中，应注意铰链安装35A的驱动必须相对于驱动力(drive strength)的方向以45度来施加。应用联动装置55获得该效果。在图4中显示了替代设置，其中也可以使用伞齿轮65，70来提供从驱动力至铰链安装的驱动。此外，还应用润滑喷嘴36作为保持自动过程中接头润滑的装置。

图5A和5B显示了间隔组件70的替代设置，其中直角传动箱105连接到轴95，轴95顺次连接到扭矩限制器100和扭矩传输器组件85、90。这里交错轴斜齿轮85、90安装在两个铰链80A、B之间，从而耦合在轴安装齿轮90和铰链安装齿轮85之间的交错轴斜齿轮驱动导板25的两个铰链80A、B。应注意，耦合的齿轮85、90的交错轴设置允许传输器扭矩以45度角重新定向。这允许间隔组件70被安装到吊具的框架上，并驱动相对于吊具框架成45度角的导板25。

图5A和5B的实施例的另一个特征是能够操纵耦合的斜齿轮85、90之间的传动比。轴安装齿轮90的直径可以与轴相当，而铰链安装齿轮85的直径要大得多。在该实施例中，传动比大约是4∶1。在通过例如联动装置(如图3的设置所示)的直接连接中，不能获得这样的传动比。

图6A至6C显示了间隔组件115的替代设置。图6A显示了吊具框架120的两个角落，这两个角落具有用于控制相应的导板25的运动的两套间隔组件115。

在该设置中，耦合的交错轴斜齿轮85、140具有与图5A和5B所示的类似的传动比。图6A至6C的实施例通过减小传动箱125所需的额定值来使用这一有利的传动比。减小的传动箱额定值允许使用同轴传动箱125，所述同轴传动箱125安装于电机133并且通过轴135和扭矩限制器130连接到扭矩传输器(即耦合的交错轴斜齿轮85、140)。

图6A至6C的实施例显示了扭矩传输器的传动比的优点，即使间隔组件115具有实质上更加紧凑的结构。同轴传动箱和具有减小的额定值的扭矩传输器的使用还导致所需设备的成本降低。

图7A和7B显示了间隔组件145的另一个替代例。这里交错轴斜齿轮结构160也具有与上述类似的传动比。同样，电机150和同轴传动箱155耦合到扭矩限制器165。与先前的实施例相比，电机和同轴传动箱的另一个优点是可以显著的缩短轴。最后一个优点是更加紧凑的结构能够达到驱动导板同时距离导板较远的目的。但是，结构的紧凑使其可以宽裕地装配在吊具的框架上，从而具有显著节省空间的优点。

图8A、8B和8C显示了另一个替代设置。在图8A和8B中，电机173和传动箱170也耦合到扭矩限制器175。但是，在这种情况下，扭矩传输器是代替交错斜齿轮的伞齿轮结构180、155。类似地，图8C更详细的显示了伞齿轮180、155的设置，其中电机/传动箱170耦合到扭矩限制器175。

可以看出，本发明包括特定部件的一定范围的不同变化，所有变化均能达到设置具有适当额定值以及被适当保护的组件以便在吊具上驱动导板的目的。每个替代例显示了适用于特别条件的特定特征，因此每个替代例均具有特别与条件相适应的优点。

Claims (14)

1.一种导板组件，用于引导与集装箱接合的吊具，所述导板组件包括：

铰链安装到所述吊具上的导板；

安装到所述吊具上的电机；

位于所述电机和所述导板的铰链安装之间的间隔组件，其中所述间隔组件包括扭矩限制器，所述扭矩限制器被设置在预定的最大扭矩，从而防止由所述导板的冲击所施加的反向驱动扭矩作用到传动箱上。

2.根据权利要求1所述的导板组件，其中，

所述导板能够绕所述铰链安装在打开位置和关闭位置之间运动；并且

所述电机远离所述导板安装到所述吊具上；

使得所述间隔组件能够将扭矩从所述电机传输到所述铰链安装，从而在所述关闭位置和所述打开位置之间移动所述导板。

3.根据权利要求1或2所述的导板组件，其中所述间隔组件包括轴和通过特定角度传输扭矩的扭矩传输器。

4.根据权利要求3所述的导板组件，其中所述扭矩传输器包括伞齿轮设置、爪形离合器、联动装置、和斜齿轮设置的任意一个。

5.根据权利要求4所述的导板组件，其中所述联动装置包括万向节。

6.根据权利要求3所述的导板组件，所述扭矩传输器包括将扭矩传输到所述铰链安装的一部分。

7.根据权利要求6所述的导板组件，其中所述铰链安装包括两个铰链，所述铰链安装的所述一部分包括所述铰链之一。

8.根据权利要求1或2所述的导板组件，其中所述电机是能够提供抵抗反向驱动扭矩的保持扭矩的伺服电机。

9.根据权利要求1或2所述的导板组件，其中所述电机包括能够提供抵抗反向驱动扭矩的制动扭矩的制动器。

10.根据权利要求9所述的导板组件，其中所述制动器被操作者预设为所述电机的额定值的一部分。

11.根据权利要求1或2所述的导板组件，其中所述电机安装到所述吊具的安装部分上，所述安装部分包括防护装置以便保护所述电机免受外部冲击。

12.根据权利要求4所述的导板组件，其中所述扭矩传输器是传动比至少为3：1的交错轴斜齿轮设置。

13.根据权利要求4所述的导板组件，其中所述扭矩传输器是传动比至少为3：1的伞齿轮设置。

14.根据权利要求12或13所述的导板组件，其中所述间隔组件包括传动箱，所述传动箱与所述轴同轴。