CN102171130B - 起重机装置 - Google Patents

Abstract

在蓄电装置(6)中，将公共母线(9)上的剩余电力作为蓄电电力PB进行蓄电，并且在驱动电力PM不足时，以预先设定的限制量PBx以下的放电量将该蓄电电力PB提供给公共母线(9)。

Description

起重机装置

技术领域

本发明涉及一种起重机装置，特别地，本发明涉及一种利用引擎驱动来产生驱动电力的引擎驱动发电方式的起重机装置。

背景技术

在港口等场地中，执行对船舶或拖车的集装箱等货物的装卸的起重机装置使用多个电动机来执行货物的升降、以及台架的行进或横行等动作。另外，为了向这些电动机提供动作电力，在引擎驱动发电方式中，具有采用利用柴油机来驱动发电机的引擎发电装置来向各个电动机提供必要的电力的构成。

在这样的起重机装置中，在将货物向上吊时等变为最大负荷，但也有在将货物往下吊时等几乎不需要电力的情况，负荷变化较大。因此，为了从发电机提供与在最大负荷时相称的电力，需要柴油机或作为发电机的大型发电机，但是由于形成了超出平均负荷的设备规模，在设备成本、运转成本方面效率低下。

以前，提出了以下方案：在这样的起重机装置中设置蓄电装置，在通常时，在利用引擎发电装置进行发电的同时，在最大负荷时等情况下从蓄电装置并行地提供电力，而将在再生时所产生的剩余电力充电到蓄电装置(例如，参照日本特开2001-163574号公报等)。由此，可以利用蓄电装置的蓄电电力临时地对引擎转速的增速时所需的负荷电力进行补偿。

在前述的现有技术中，在引擎转速达到与操作输入相对应的起重机动作所需的动作转速的时刻，在从增速运转向定速运转切换的同时，停止从蓄电装置提供蓄电电力。由此，响应于蓄电电力提供的停止，对柴油机的负荷剧增，在该负荷变化较大的情况下，存在从柴油机排出的黑烟的量临时增加的问题。

根据现有技术，在使引擎转速增加时，由于从蓄电装置并行地提供电力，柴油机的负荷变为用于引擎自身的增速的负荷占其一大半的状态。一般地，这样的用于增速的负荷与货物的向上卷所需的负荷相比相当小。由此，在来自蓄电装置的蓄电电力提供停止的时刻，柴油机的负荷剧增。

因此，为了应对这样的负荷变化，从起重机装置的控制器对向柴油机的燃料投入量的剧增进行指示，所以燃料相对于柴油机中所吸气的氧气量的比例变高。由此，在柴油机中，无法维持平稳的燃烧，结果，排出的黑烟的量临时地增加。

另外，在许多情况下，由于在柴油机上装载有涡轮增压机，从引擎转速的增加到增压压力(charging pressure)的上升，产生了被称为所谓的涡轮延迟的延迟。由此，即使燃料投入量剧增，在引擎转速上升时也会产生延迟，成为了如上述那样的妨碍平稳燃料的主要原因。

发明内容

本发明是为了解决这样的课题而做出的，其目的在于提供一种起重机装置，即使在从蓄电装置利用蓄电电力对引擎发电装置的负荷进行补偿的情况下，也能够降低柴油机的黑烟排出量。

为了达成这样的目的，本发明所涉及的起重机装置，具备：将由引擎驱动发电机所获得的发电电力作为驱动电力提供给公共母线的引擎发电装置；通过经由所述公共母线从所述引擎发电装置所提供的所述驱动电力来驱动，并且用于执行包括货物的装卸的各种起重机动作的多个电动机；以与操作输入的起重机动作相对应的动作转速对所述引擎进行运转控制的控制器；以及将所述公共母线上的剩余电力作为蓄电电力进行蓄电，并且在所述驱动电力不足时，以预先设定的限制量以下的放电量将该蓄电电力提供给所述公共母线的蓄电装置。

(发明效果)

根据本发明，即使在使柴油机从增速运转向定速运转转移，柴油机的负荷急剧下降的情况下，对柴油机的负荷的剧增也被缓和。由此，由于抑制了柴油机中的负荷变化，因而可以抑制从柴油机排出的黑烟量的临时增加。

附图说明

图1是示出了本发明的第一实施方式所涉及的起重机装置的构成的功能框图。

图2是示出了引擎发电装置的引擎转速与发电电压的关系的动作特性。

图3是示出了引擎发电装置的引擎转速与辅助电压的关系的动作特性。

图4是示出了本发明的第一实施方式所涉及的起重机装置的动作示例的定时图。

具体实施方式

接下来，将参照附图来说明本发明的实施方式。

第一实施方式的构成

首先，将参照图1来说明本发明的第一实施方式所涉及的起重机装置。

该起重机装置是通过向公共母线提供利用引擎驱动所发电的驱动电力，从而驱动与公共母线连接的电动机来执行包括货物的装卸的各种起重机动作的装置，作为主要构成，其设置有引擎发电装置1、整流器21、电压升压装置22、主卷电动机30、行进电动机31、32、横行电动机33、逆变器(INV)41～44、辅机设备5、蓄电装置6、控制器7、以及公共母线9。

在本实施方式中，由蓄电装置6将公共母线9上的剩余电力作为蓄电电力PB进行蓄电，在驱动电力PM不足时，以预先设定的限制量PBx以下的放电量向公共母线9提供蓄电装置6的蓄电电力PB。

以下，将详细说明本实施方式所涉及的起重机装置的构成。

引擎发电装置1具有柴油机(DE)11和发电机(G)12，其是通过由柴油机11来驱动发电机12从而产生交流的发电电力PG的装置，并且其具有根据来自控制器7的运转指示10来控制柴油机11的引擎转速N的功能。

整流器21具有对从引擎发电装置1输出的交流的发电电力PG进行整流将所获得的直流的整流电力PD提供给公共母线9的功能。

电压升压装置22由诸如交流升压斩波器形成，其具有将对发电电力PG的发电电压VG进行升压而获得的直流的辅助电力PS提供给公共母线9的功能。

在公共母线9中，将这些整流电力PD和辅助电力PS进行合成，并将其作为直流的驱动电力PM来提供。

主卷电动机30是用于执行货物的升降的交流电动机。行进电动机31、32是用于执行台架的行进的交流电动机。横行电动机33是用于执行台架的横行的交流电动机。

逆变器41是将公共母线9上的驱动电力PM变换为交流电力并提供给主卷电动机30和行进电动机31的DC/AC变换器。

逆变器42是将公共母线9上的驱动电力PM变换为交流电力并提供给主卷电动机30和行进电动机32的DC/AC变换器。

逆变器43是将公共母线9上的驱动电力PM变换为交流电力并提供给横行电动机33的DC/AC变换器。根据起重机顶部的台车(trolley)的构造，设置有多个逆变器43、横行电动机33。

逆变器44是将公共母线9上的驱动电力PM变换为交流电力并提供给辅机设备5的DC/AC变换器。

辅机设备5装载在起重机装置上，其是包括照明装置、空调装置、或者控制器7等控制装置的各种辅助性装置。

蓄电装置6是内置有电池、电容器等蓄电池的电路装置，其具有：将提供给公共母线9的剩余电力作为蓄电电力PB对蓄电池进行蓄电的功能；将蓄电池中所蓄电的蓄电电力PB输出给公共母线9的功能；以及基于根据来自控制器7的表示限制量设定指示的命令4A而设定的限制量PBx，将蓄电电力PB的提供量限制到限制量PBx的功能。作为剩余电力，例如有从作为起重机电动机之一的主卷电动机30将货物往下卷时所产生的再生电力，通过逆变器41、42将其提供给公共母线9。另外，在负荷下降的情况下，从引擎发电装置1提供给公共母线9的驱动电力PM成为剩余电力。

控制器7具有CPU等微处理器和其周边电路，其具有通过从在微处理器或周边电路中所设置的存储器读入程序并执行，来使程序与上述硬件协作，从而对整个起重机装置进行控制的各种功能。

作为控制器7的主要功能，存在以下功能：基于通过操作杆或操作开关检测出的操作者的起重机操作输入，通过交换各种命令4A来控制逆变器41～43，从而控制货物的升降、台架的行进或横行等运转的起重机运转功能；用于确认从引擎发电装置1对公共母线9的电力提供状况的电力提供状况确认功能；基于根据来自操作者的起重机操作输入或指令输入、电力提供状况等而获得的该起重机装置的动作状况来计算新的引擎转速，并且通过运转指示10来向引擎发电装置1指示该引擎转速的转速控制功能；以及根据存储器中预先保存的各个起重机动作与此时提供的蓄电电力PB的限制量PBx的对应关系，来读出与操作输入的该起重机动作相对应的限制量，并且通过表示限制量设定指示的命令4A来对蓄电装置6进行设定的限制量设定功能。

从引擎发电装置1对公共母线9的电力提供状况可以通过监视诸如公共母线9的驱动电压VM来掌握。在基于起重机操作来执行货物的向上卷或台架的行进或横行等起重机动作的情况下，在驱动了对应的电动机30～33的时刻，由于使用公共母线9上的驱动电力PM而使得驱动电压VM下降。

因此，根据电力提供状况确认功能，通过基于来自诸如从引擎发电装置1到公共母线9的电力布线上所设置的检测器的检测值来检测出公共母线9的驱动电压VM，读出预先在存储器中所保存的下限阈值、上限阈值并与其进行比较，并根据该比较结果来控制引擎转速N，从而能够控制电力提供状况的过量与不足。

第一实施方式的动作

接下来，将参照图2和图3来详细地说明本发明的第一实施方式所涉及的起重机装置的动作。

控制器7基于通过操作杆或操作开关检测出的操作者的起重机操作输入，确认起重机动作的存在与否。这里，在确认了货物的升降、台架的行进或横行等起重机动作的执行的情况下，控制器7计算该起重机动作所需的动作转速Nb，并且通过运转指示10向引擎发电装置1指示该引擎转速。与此相应地，柴油机11的引擎转速开始直到Nb的上升。

另一方面，在基于通过操作杆或操作开关检测出的操作者的起重机操作输入而确认了起重机动作的停止的情况下，控制器7通过运转指示10向引擎发电装置1指示比动作转速Nb低的空转转速Na。与此相应地，柴油机11的引擎转速N向空转转速Na下降。

因此，可以根据起重机装置的动作状况使引擎转速N大幅地下降，结果，可以有效地削减引擎发电装置1的耗油量，并且可以削减对环境的影响。

引擎发电装置1对于引擎转速N与发电电压VG，具有如图2所示的动作特性。在该动作特性中，在引擎转速N处于动作转速Nb以下的情况下，发电电压VG根据引擎转速N的增加而单调增加，而在引擎转速N处于动作转速Nb以上的情况下，发电电压VG收敛于动作发电电压VGb。

因此，在根据来自控制器7的运转指示10，引擎转速N上升时，由于在低旋转区域中发电电压VG较低，来自整流器21的整流电压VD也较低，无法获得起重机动作所需的充分的驱动电压VM。

另一方面，电压升压装置22对于引擎转速N与辅助电压VS，具有如图3所示的动作特性。在该动作特性中，在引擎转速N处于空转转速Na以上的情况下，辅助电力PS的辅助电压VS与引擎转速N无关而变为恒定的额定辅助电压VSa。

由此，即使在柴油机11的引擎转速比动作转速Nb低，例如，如图2所示，引擎转速N为空转转速Na而处于发电电压VGa，而并未达到起重机动作所需的动作转速Nb的情况下，辅助电压VS也维持为额定辅助电压VSa。因此，通过将起重机动作所需的电压设定为额定辅助电压VSa，可以补偿起重机动作开始时的驱动电力PM的电压不足。

另外，蓄电装置6总是对公共母线9上的驱动电压VM进行监视，在驱动电压VM超出预先设定的蓄电基准电压的情况下，判断为在公共母线9中产生了剩余电力，从而将该剩余电力作为蓄电电力PB对蓄电池进行蓄电。另外，在驱动电压VM低于预先设定的放电基准电压的情况下，判断为由公共母线9所提供的驱动电力PM不足，从而向公共母线9提供蓄电池的蓄电电力PB。

因此，在柴油机11的引擎转速N未达到动作转速Nb，且并未对起重机动作提供充分的驱动电力PM的情况下，从蓄电装置6对公共母线9提供蓄电电力PB。由此，可以补偿起重机动作的开始时的驱动电力PM的电力不足。

在蓄电装置6中，在起重机动作的开始时，根据来自控制器7的表示限制量设定指示的命令4A，设定与该起重机动作相对应的限制量PBx。因此，蓄电装置6在将蓄电电力PB提供给公共母线9时，以将所设定的限制量PBx作为上限的提供量来提供蓄电电力PB。

由此，在开始起重机动作之后，在来自蓄电装置6的蓄电电力PB的提供量达到限制量PBx的时刻，由于将该蓄电电力PB的提供量限制在限制量PBx以下，在此之后，对引擎发电装置1形成了某种程度的负荷的增加。

由此，在柴油机11的引擎转速N达到动作转速Nb而停止来自蓄电装置6的蓄电电力PB的提供的时刻，可以抑制对引擎发电装置1所增加的负荷变化量的大小。因此，在柴油机11中，可以维持平稳的燃烧，结果，可以抑制排除的黑烟量的临时增加。

第一实施方式的动作示例

接下来，将参照图4来说明本发明的第一实施方式所涉及的起重机装置的动作示例。这里，作为示例，将说明在响应于货物的向上卷动作的开始，引擎发电装置1的引擎转速N增加之后，在与该起重机动作相对应的动作转速Nb处对运转进行维持的情况。

在时刻T0以前，并未执行使用了电动机30～33的起重机动作，引擎发电装置1的柴油机11以空转转速Na进行运转。此时，从引擎发电装置1输出的发电电力PG的发电电压VG表示为空转发电电压VGa。另外，由于输入的发电电压VG为空转发电电压VGa，从电压升压装置22输出额定辅助电压VSa，作为辅助电力PS的辅助电压VS。由此，公共母线9的驱动电压VM表示为比空转发电电压VGa高的额定辅助电压VSa。

另外，由于公共母线9的驱动电压VM为额定辅助电压VSa，蓄电装置6不进行蓄电电力PB的提供。另外，在时刻T0以前，使得在蓄电装置6中蓄电有充分的量的蓄电电力PB。

在一般货物的向上卷动作中，主卷电动机30所需的负荷电力PL从时刻T0的向上卷开始起根据向上卷速度的增加而逐渐增大，在之后的时刻T3处，在向上卷速度到达最大向上卷速度的时刻，其成为最大负荷电力PLb。

在时刻T3之后，由于将向上卷速度维持在最大向上卷速度，不需要使主卷电动机30增速的电力部分，其下降到定速负荷电力PLc，之后，在货物的向上卷动作停止之前，其成为定速负荷电力PLc。

因此，在时刻T0处，在执行了表示货物的向上卷指令的起重机操作70的情况下，控制器7将表示与该操作指令相对应的动作转速Nb的运转指令10输出到引擎发电装置1。由此，引擎发电装置1的引擎转速N从Na向Nb逐渐上升，并且来自引擎发电装置1的发电电力PG逐渐增加。

另外，控制器7根据表示货物的向上卷指令的起重机操作70，将表示主卷电动机30的驱动开始指示的命令4A输出到逆变器41。由此，逆变器41将公共母线9的驱动电力PM变换为给定频率的交流电力，并提供给主卷电动机30。与此相对应，主卷电动机30开始旋转。

此外，控制器7根据表示货物的向上卷指令的起重机操作70，从存储器读出与货物的向上卷动作相对应的限制量PBx，并且根据表示限制量设定指示的命令4A对蓄电装置6进行设定。

由于响应于主卷电动机30的旋转开始，公共母线9的驱动电压VM下降，与此相对应地，蓄电装置6开始对公共母线9的蓄电电力PB的提供。

因此，在时刻T0之后，对公共母线9提供整流电力PD、辅助电力PS和蓄电电力PB，并且将由这些电力形成的驱动电力PM通过逆变器41、42提供给主卷电动机30。

之后，在时刻T1处，在蓄电电力PB的提供量达到限制量PBx的情况下，蓄电装置6将蓄电电力PB的提供量限制在限制量PBx以下。

由此，在时刻T1之后，响应于负荷电力PL的进一步增大而产生的负荷变为引擎发电装置1的负荷，并且电压升压装置22的辅助电力PS的增加部分变大。

接下来，在时刻T2处，在引擎转速N达到给定值Nc的时刻，发电电压VG上升到整流器21的可动作电压，从整流器21开始整流电力PD的提供并使其逐渐上升。另外，伴随着整流电力PD的上升，来自电压升压装置22的辅助电力PS在时刻T2以后逐渐下降，在时刻T3处大致变为零。但是，由于整流电力PD的上升幅度较大，对整流电力PD与辅助电力PS进行合计的驱动电力PM在时刻T2以后进一步上升。

然后，在时刻T3处，在引擎转速N达到与货物的向上卷动作相对应的动作转速Nb的时刻，在此前后，主卷电动机30的向上卷速度也到达最大向上卷速度。由此，主卷电动机30所需的负荷电力PL变为最大负荷电力PLb。另一方面，在时刻T3处，整流电力PD也到达最大整流电力PDb，在此之后，维持最大整流电力PDb。

因此，在时刻T3以后，由于并不执行引擎转速N的进一步增速，不需要使主卷电动机30增速的电力部分，其下降到定速负荷电力PLc，在此以后，在向上卷动作停止为止，其成为定速负荷电力PLc。

此时，在柴油机11中，由于蓄电电力PB的提供限制而形成的负荷从时刻T1开始逐渐增加。由此，即使在时刻T3处，负荷电力PL急剧地下降到定速负荷电力PLc的情况下，由于在柴油机11中继续地产生某种程度的负荷，缓和了对柴油机的负荷的剧增。由此，由于抑制了柴油机11中的负荷变化，因而抑制了从柴油机11排出的黑烟量的临时增加。

第一实施方式的效果

由此，在本实施方式中，在蓄电装置6中将公共母线9上的剩余电力作为蓄电电力PB进行蓄电，在驱动电力PM不足时，以预先设定的限制量PBx以下的放电量将该蓄电电力PB提供给公共母线9，因此，即使在使柴油机11从增速运转向定速运转转移，柴油机11的负荷急剧下降的情况下，对柴油机11的负荷的剧增也被缓和。由此，由于抑制了柴油机11中的负荷变化，因而可以抑制从柴油机11排出的黑烟量的临时增加。

另外，在本实施方式中，在引擎转速N达到与货物的向上卷动作相对应的动作转速Nb的时刻T3处，可以通过来自诸如控制器7的表示提供停止指示的命令4A，来停止从蓄电装置6到公共母线9的蓄电电力PB的提供。

由此，可以将蓄电装置6所需的蓄电容量削减为在从时刻T1到时刻T3期间要提供的蓄电容量，并且有利于蓄电装置6的小型化、成本削减。

第二实施方式

接下来，将说明本发明的第二实施方式所涉及的起重机装置。

作为引擎发电装置1的柴油机11，存在使用装载了增压机(涡轮增压机)的柴油机的情况。

在这样的柴油机11中，存在以下情况：由于从时刻T1开始的蓄电电力PB的限制，在时刻T3处，为了能够获得耐某种程度的负荷的引擎转速，削减燃料提供量或吸气量，从而使得增压机变为并未有效地工作的状态。

因此，在响应于时刻T3处的蓄电电力PB的停止，柴油机11的负荷急剧地增加的情况下，引擎旋转数剧减。之后，存在以下情况：尽管为了对此进行补偿，燃料提供量或吸气量剧增，但是由于增压机并未有效地工作，发生了所谓的涡轮延迟而从柴油机11排出的黑烟量临时增加。

在本实施方式中，在时刻T3以后，并不停止蓄电电力PB的提供，而逐渐降低蓄电电力PB的提供。因此，由于在时刻T3以后，柴油机11的负荷逐渐增加，引擎旋转数逐渐下降，由此，燃料提供量或吸气量平稳地增加而增压机平稳地开始工作，可以抑制从柴油机11排出的黑烟量的临时增加。

在逐渐降低蓄电电力PB的提供的具体构成中，在时刻T3以后，通过来自控制器7的表示限制量设定指示的命令4A，可以使从蓄电装置6向公共母线9提供的蓄电电力PB的限制量从限制量PB开始逐渐变化到零。或者，作为与蓄电装置6的蓄电电力PB相关的提供特性，可以使其具有在削减蓄电电力PB时，逐渐地削减该提供量的特性。

第二实施方式的效果

由此，在本实施方式中，由于在第一实施方式中将柴油机11从增速运转转移到定速运转的时刻T3以后，逐渐降低蓄电电力PB的提供，即使在诸如引擎发电装置1的柴油机11中装载有增压机的情况下，也可以避免时刻T3处的涡轮延迟的发生，从而抑制从柴油机11排出的黑烟量的临时增加。

实施方式的扩展

尽管在以上的各个实施方式中，作为示例说明了从引擎发电装置1提供交流的发电电力PG的情况，但是本发明并不局限于此，即使在从引擎发电装置1提供直流的驱动电力的情况下，也可以与前述相同地应用各个实施方式，并且可以获得相同的作用效果。此时，作为发电机12，可以使用直流发电机，而作为电压升压装置22，可以使用直流升压斩波器。

另外，在对蓄电装置6的蓄电电力PB的限制量PBx不太根据起重机动作的内容而变化的情况下，也可以由蓄电装置6自身来预先设定限制量PBx。由此，不需要来自控制器7的限制量设定指示。

产业上的可用性

其可用作利用使用了柴油机的引擎发电装置发电的电源电力来驱动电动机的起重机装置，例如，其可用作在集装箱码头处执行对船舶或拖车的集装箱的装卸等货物装卸的门型起重机装置。

Claims (3)

1.一种起重机装置，其特征在于，具备：

引擎发电装置，其将由引擎驱动发电机所获得的发电电力作为驱动电力提供给公共母线；

多个电动机，其通过经由所述公共母线从所述引擎发电装置所提供的所述驱动电力来驱动，用于执行包括货物的装卸的各种起重机动作；

控制器，其以与操作输入的起重机动作相对应的动作转速对所述引擎进行运转控制；

蓄电装置，其将所述公共母线上的剩余电力作为蓄电电力进行蓄电，并且在所述驱动电力不足时，以预先设定的限制量以下的放电量将该蓄电电力提供给所述公共母线；

整流器，其串联连接在引擎发电装置与公共母线之间，对从引擎发电装置输出的交流的发电电力进行整流将所获得的直流的整流电力提供给公共母线；以及

电压升压装置，其与所述整流器并联连接，在所述引擎发电装置的引擎转速为动作转速以下的情况下，将对从所述引擎发电装置输出的发电电力进行升压而获得的直流的辅助电力提供给公共母线，

所述控制器针对每一个所述起重机动作，利用存储器来存储所述限制量，并且根据所述操作输入从所述存储器中读出与该起重机动作相对应的限制量，从而对所述蓄电装置进行设定。

2.根据权利要求1所述的起重机装置，其特征在于，

所述蓄电装置在所述引擎达到所述动作转速的时刻，停止对所述公共母线的所述蓄电电力的提供。

3.根据权利要求1所述的起重机装置，其特征在于，

所述蓄电装置在所述引擎达到所述动作转速的时刻以后，逐渐削减对所述公共母线的所述蓄电电力的提供。

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