CN112897349B - 一种具有三个角度防倾斜装置的起重机 - Google Patents

Abstract

一种具有三个角度防倾斜装置的起重机，包括小车、轨道、防倾斜装置、承重拉索和调整拉索。小车位于轨道上，小车的四个角通过4根承重拉索与防倾斜装置的矩形四个角连接，同时防倾斜装置矩形的四个角通过短拉索与集装箱的四个角对应连接。防倾斜装置中间设置有检测调整盘，用于检测集装箱在三个方向上的倾斜偏转，同时用于对倾斜的集装箱进行调整。该方案结构简单，防止集装箱倾斜效果好。

Description

一种具有三个角度防倾斜装置的起重机

技术领域

本发明涉及起重机领域，特别涉及防倾斜的起重机领域。

背景技术

在具有大风环境下进行集装箱货物装卸时，由于集装箱采用绳索吊起，因此会受到大风影响，使得集装箱发生水平面（XY平面）的旋转或垂直面（XZ平面或YZ平面）的倾斜。当集装箱发生XY平面的旋转时，使得集装箱无法与已到位的集装箱对齐，从而影响集装箱的码放；当集装箱发生XZ平面（YZ平面）的倾斜时，会导致集装箱在放下时一边先接触地面（或其他集装箱），从而受力不均匀造成损坏。因此，在三个方向上发生角度的旋转都会导致不期望的情况出现。

目前仅有一些防止一个角度或两个角度倾斜的方案，并没有使用一个装置可以实现防止三个角度旋转带来不利后果的解决方案。同时，在进行起重机相应角度旋转检测时，通常采用光学方式、角编码器和机器视觉方式。然而，采用光学方式需要较为精密的仪器，成本很高；角编码器需要安装多个；机器视觉方式对环境光线要求较高。

而且，在发现角度旋转或倾斜后，通常采用拉紧绳索的方式调整，但这种方式无法解决集装箱水平面旋转的问题。为了解决这一问题，通常需要刚性连接的旋转装置，这又使得起重机运动部件重量增加，这带来较大安全隐患。此外现有技术中通常将各种调整均放置于小车之中，使得轨道上小车的结构异常复杂，这使得小车成为起重机最易坏的部件，无法在恶劣环境中使用。

此外通常检测装置和调整装置是两个分立的装置，这无疑增加了起重机的复杂程度，降低了其在恶劣环境下的可靠性。

为此，急需一种能够准确、快捷、低成本避免集装箱三个角度旋转的起重机装置，从而能够在大风等恶劣天气或海岛等恶劣环境中连续作业。

发明内容

为解决上述问题，及下属实施例中提到的诸多问题，本发明提出了如下方案：

一种具有三个角度防倾斜装置的起重机，包括小车、轨道、防倾斜装置、承重拉索和调整拉索；

小车位于轨道上，用于在轨道上沿着X方向行进；小车的四个角通过4根承重拉索与防倾斜装置的矩形四个角连接，同时防倾斜装置矩形的四个角通过短拉索与集装箱的四个角对应连接；

防倾斜装置中间设置有检测调整盘，用于检测集装箱在三个方向上的倾斜偏转，同时用于对倾斜的集装箱进行调整；小车的中间底部连接有4根调整拉索，4根调整拉索穿过防倾斜装置的检测调整盘上的4个孔后与集装箱中部的固定装置连接；

检测调整盘在中部水平面内沿X轴正向、X轴负向、Y轴正向、Y轴负向设置有4个孔，4个孔呈正方形排列；每个孔的内壁上具有8个传感器；在孔内壁上半部分具有位于X正向的右上传感器、X负向的左上传感器、Y正向的后上传感器、Y负向的前上传感器，上述四个传感器两两相对；同理，在孔内壁下半部分具有位于X正向的右下传感器、X负向的左下传感器、Y正向的后下传感器、Y负向的前下传感器，上述四个传感器两两相对；

处理器，用于根据4个调整拉索与上述8个传感器中的接触情况不同来判断集装箱的姿态，并利用调整拉索和检测调整盘进行姿态调整。

在检测调整盘的两侧设置有驱动齿轮，用于驱动检测调整盘转动，从而带动调整拉索在水平面转动，实现对集装箱在水平面的调整。

检测调整盘的上下两面的边缘具有多个滚珠，检测调整盘通过滚珠与防倾斜装置的外壳接触，从而使得滚珠支撑检测调整盘在防倾斜装置外壳中旋转。

一种起重机的工作方法，包括：

若每根调整拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是同侧的，则判断集装箱在进行平移；

若每根调整拉索接触的传感器的位置均是不同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了水平面的旋转；

若每根调整拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了垂直面的旋转。

根据集装箱位姿判断对应调整检测调整盘或调整拉索，从而恢复集装箱正确位姿。

一种起重机的自检方法，应用于上述起重机。

发明点及技术效果

1、通过设置防倾斜装置，并通过孔和调整拉索的配合，既实现了三维倾斜的检测，又实现了倾斜的调整，结构更加简单，能够适应恶劣大风环境。

2、在孔中设置对置的接触传感器，从而能够简单、低成本、可靠地同时检测三个方向的倾斜。

3、利用简易结构即可实现三个方向旋转与平移的区分。

本发明的发明点包括但不限于以上，具体以实施例记载的技术内容为准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是起重机示意图

图2是检测调整盘沿中线剖面示意图；

图3是检测调整盘的孔上半部和下半部剖面俯视图；

图4是防倾斜装置俯视图；

图5是防倾斜装置结构剖面示意图。

具体实施方式

起重机整体结构

如图1所示，起重机包括小车1、轨道4、防倾斜装置2、集装箱3、承重拉索5、调整拉索6。

其中小车1位于轨道4上，用于在轨道上沿着X方向行进，从而移动货物。小车1的四个角通过4根承重拉索5与防倾斜装置2的矩形四个角连接，同时防倾斜装置2矩形的四个角通过短拉索与集装箱3的四个角对应连接，用于将集装箱3拉起。为了防止防倾斜装置2和集装箱3之间发生位移和旋转，短拉索设置远远短于承重拉索5。但为了集装箱3易于调整，因此短拉索应当为柔性，而不能使用刚性连接，这与很多起重机差异较大。小车1的中间底部具有4根调整拉索6，穿过防倾斜装置2上的四个孔2-1-5后与集装箱3中部的固定装置连接，用于调整集装箱3在三个平面（XY、XZ、YZ）的旋转情况，以及同时可用于检测集装箱3倾斜情况。

防倾斜装置2中间设置有检测调整盘2-1，用于检测集装箱3在三个方向上的倾斜偏转，同时用于对倾斜的集装箱3进行调整。在检测调整盘2-1的两侧设置有驱动齿轮2-2，用于与检测调整盘2-1的外侧齿啮合，驱动检测调整盘2-1进行转动，从而带动调整拉索6在水平面转动，实现对集装箱3在水平面的调整。

检测调整盘2-1在其中部水平面内沿X、Y轴方向分别对向设置有2个孔2-1-5，共计4个孔，4个孔呈正方形排列。即X轴正向负向各一个孔，Y轴正向负向各一个孔。每个孔的内壁上具有8个传感器。在孔内壁上半部分沿垂直的XY方向分别具有位于X正向的传感器2-1-1A、X负向的传感器2-1-2A、Y正向的传感器2-1-3A、Y负向的传感器2-1-4A，上述四个传感器两两相对。同理，在孔内壁下半部分沿垂直XY方向分别具有位于X正向的传感器2-1-1B、X负向的传感器2-1-2B、Y正向的传感器2-1-3B、Y负向的传感器2-1-4B，上述四个传感器两两相对。同时，孔内壁上半部分的传感器和孔内壁下半部分的传感器两两相对位于同一Z方向，也就是说，孔内壁上半部分的每个传感器的正下方均有一个位于孔内壁下半部分的传感器。上述一个孔2-1-5分别具有上述8个传感器，它们也可以按俯视状态的位置称为右上传感器（上半部分的X正向的传感器）2-1-1A、右下传感器（下半部分的X正向的传感器）2-1-1B，左上传感器（上半部分的X负向的传感器）2-1-2A、左下传感器（下半部分的X负向的传感器）2-1-2B，后上传感器（上半部分的Y正向的传感器）2-1-3A、后下传感器（下半部分的Y正向的传感器）2-1-3B，前上传感器（上半部分的Y负向的传感器）2-1-4A、前下传感器（下半部分的Y负向的传感器）2-1-4B。检测调整盘2-1上的每个孔皆是如此设置，不再赘述。以上传感器两种名称是在不同观察角度的不同名称，均是为了方便理解而设置的，不影响传感器实质。

检测调整盘2-1的上下两面的边缘具有多个滚珠2-3，其通过滚珠2-3与防倾斜装置2的外壳接触，从而使得滚珠可以支撑检测调整盘2-1在防倾斜装置外壳中旋转。

通过集装箱3在不同姿态时每根调整拉索6接触的传感器的不同从而可以判断集装箱3的姿态，具体下面将详细阐述。

起重机的工作方法

小车1在轨道4上行走，当小车1行走至集装箱3正上方时，其放下承重拉索5，使得防倾斜装置2缓缓下降，当下降至距离集装箱3一定距离时（例如1m），将防倾斜装置四个角的短拉索与集装箱四个角固定，同时将小车的调整拉索6穿过防倾斜装置2后与集装箱3中部四个点固定。小车收缩承重拉索5，将集装箱3拉起，在此过程中调整拉索6跟随承重拉索5适应性回收。小车1移动至放置集装箱3的位置后，在缓缓放下承重拉索5，从而将集装箱3卸载。在此过程中，在小车已经将集装箱3拉起并行进时，集装箱3会受到大风影响而发生偏转倾斜，通常会有如下三种情况，如果不及时处理，将会造成集装箱3卸载困难，或发生损坏。

（一）当集装箱3发生时水平面的偏转倾斜时

这种情况通常是由于港口的横向风导致的，特别是在某些特殊的地理条件下，侧面的风导致集装箱3在水平面发生偏转。当然，有时也可能是由于其他外力导致，或拉索上的残余旋转应力等。

此时由于集装箱3在水平面内绕其中心点发生旋转，例如在进行俯视时其发生顺时针的旋转。那么左侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分Y负向传感器2-1-4A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分Y正向传感器2-1-3B接触；右侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分Y正向传感器2-1-3A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分Y负向传感器2-1-4B接触；后侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X负向传感器2-1-2A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X正向传感器2-1-1B接触；前侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X正向传感器2-1-1A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X负向传感器2-1-2B接触。也就是说，4根调整拉索6每根的上部触发的传感器与其下部触发的传感器位置均斜向相对；且左拉索触发前上、后下传感器，右拉索触发后上、前下传感器，前拉索触发右上、左下传感器，后拉索触发左上、右下传感器。

根据此时各个传感器信号的组合即可获知集装箱3发生了水平面的偏转。当然，实际情况中集装箱3的偏转可能并不是严格绕中心点，这使得4根调整拉索6并不能均触发传感器，但只要有一根拉索触发，即可获知集装箱3的偏转，因此检测准确度更高。集装箱3发生逆时针旋转的情况类似，只是所有触发的传感器位置均相反，即左拉索触发前下、后上传感器，右拉索触发后下、前上传感器，前拉索触发右下、左上传感器，后拉索触发左下、右上传感器。具体再次不再赘述。也就是说，若每根调整拉索6接触的传感器的位置均是不同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱3发生了水平面的旋转。

此时驱动齿轮2-2旋转驱动检测调整盘2-1向相反方向旋转，直到调整拉索6与其之前触发传感器的对侧传感器接触，并且对侧传感器检测到的信号幅度与之前传感器检测到的信号幅度相当，则认为集装箱3调整到位。

用这种方法，不仅可以实现快捷、准确的检测，还能同时实现调整，真正做到了检测调整一体设置。并且整个结构简单，可靠性更高。利用这种方法，可以准确区分集装箱3水平旋转和横向平移。由于横向平移有时也会使得调整拉索6与传感器接触，但横向平移状态下，每个位置不同拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是同侧的，例如X正向平移时，各个拉索均接触各自对应的左上、左下传感器。而这一特点明显与前述旋转情况不同，由此可以轻松分辨平移运动，避免误判。这一点也是本申请的发明点。

（二）当集装箱3发生时垂直面的偏转倾斜时

这种情况通常是由于港口垂直的风导致的，特别是在某些特殊的地理条件下，上下垂直的风导致集装箱3在垂直面发生偏转。当然，有时也可能是由于其他外力导致，例如承重拉索5刚性不一致等。

此时由于集装箱3在垂直面（XZ面）内绕其中心点发生旋转，例如在进行正视时其发生顺时针的旋转。那么左侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X负向传感器2-1-2A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X正向传感器2-1-1B接触；右侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X负向传感器2-1-2A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X正向传感器2-1-1B接触；后侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X负向传感器2-1-2A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X正向传感器2-1-1B接触；前侧的调整拉索6上部将与孔内壁上半部分X负向传感器2-1-2A接触，调整拉索6下部将与孔内壁下半部分X正向传感器2-1-1B接触。也就是说，4根调整拉索6每根的上部触发的传感器与其下部触发的传感器位置均斜向相对，且每根拉索均与左上、右下传感器接触。利用这种方法，可以准确区分集装箱3垂直旋转和横向平移。由于横向平移有时也会使得调整拉索6与传感器接触，但横向平移状态下，每个位置不同拉索接触的传感器是同侧的。例如X正向平移时，各个拉索均接触各自对应的左上、左下传感器。而这一特点明显与前述垂直旋转情况不同，由此可以轻松分辨平移运动，避免误判。这一点也是本申请的发明点。同时，如果在平移过程中发生垂直面的旋转利用本发明的方法依然可以检测到。

此时根据集装箱3垂直旋转方向，微调对应调整拉索6的长度，直到调整拉索6与各个传感器均无触发即可。

用这种方法，不仅可以实现快捷、准确的检测，还能同时实现调整，真正做到了检测调整一体设置。并且整个结构简单，可靠性更高。可以理解，以上举例是以XZ平面旋转为例，但YZ平面旋转也是相同的，区别仅在于调整拉索6接触前后对应传感器，在此不再赘述。也就是说若每根调整拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱3发生了垂直面的旋转；

上述方法均在处理器中完成，利用处理器控制相应调整拉索6或检测调整盘，从而调整集装箱3姿态，避免其在三个方向倾斜偏转。

上述检测和控制调整方法也分别可以使用现有技术实现。

起重机的工作自检方法

利用起重机的防倾斜装置2吊装标准集装箱的四个角，并利用起重机的调整拉索6吊装标准集装箱中间部位左右前后四个位置；其中标准集装箱为体积与常用集装箱3具有相同体积规格，重量为常用集装箱最大限重的0.85倍。

收缩起重机承重拉索5和调整拉索6，使得标准集装箱悬空；

（1）使得小车1平移运动，收集各个传感器的触发信号，判断检测调整盘2-1前、后、左、右孔中产生触发信号的传感器是否为同侧上下设置的传感器；也就是说，若每根调整拉索6接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是同侧的，则判断集装箱在进行平移；

（2）向标准集装箱的一个角施加水平力，使得其沿水平面旋转5°，判断检测调整盘2-1前、后、左、右孔中产生触发信号的传感器是否为对侧上下设置的传感器，且每个孔产生触发信号的传感器位置均不相同；也就是说，若每根调整拉索6接触的传感器的位置均是不同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了水平面的旋转；

（3）向标准集装箱的一个角施加垂直力，使得其沿垂直XZ面旋转5°，判断检测调整盘2-1前、后、左、右孔中产生触发信号的传感器是否为对侧上下设置的传感器，且每个孔产生触发信号的传感器位置均相同；也就是说，若每根调整拉索6接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了垂直面的旋转。

（4）向标准集装箱的一个角施加垂直力，使得其沿垂直YZ面旋转5°，判断检测调整盘2-1前、后、左、右孔中产生触发信号的传感器是否为对侧上下设置的传感器，且每个孔产生触发信号的传感器位置均相同；也就是说，若每根调整拉索6接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索6上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了垂直面的旋转。

通过上述第（1）-（4）项检测后，进行如下控制测试：

通过第（2）项检测后，调整检测调整盘2-1，直到调整拉索6与其之前触发传感器的对侧传感器接触，并且对侧传感器检测到的信号幅度与之前传感器检测到的信号幅度相当；

通过第（3）、（4）项检测后，微调对应调整拉索6的长度，直到调整拉索6与各个传感器均无触发；

当上述控制均实现后，则起重机自检成功。

通过上述自检，保证了起重机在应对三个方向偏转倾斜时，能够准确检测、及时调整，保证了起重机的工作安全。以上自检程序是根据该起重机所特殊设计的，也是发明点之一。

上述方法均在处理器中完成。

可以理解，除了上述内容，还包括一些常规结构和常规方法，由于这些内容都是公知的，不再赘述。但这并不意味着本发明不存在这些结构和方法。

本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种具有三个角度防倾斜装置的起重机，其特征在于：包括小车、轨道、防倾斜装置、承重拉索、调整拉索和处理器；

小车位于轨道上，用于在轨道上沿着X方向行进；小车的四个角通过4根承重拉索与防倾斜装置的矩形四个角连接，同时防倾斜装置矩形的四个角通过短拉索与集装箱的四个角对应连接；

防倾斜装置中间设置有检测调整盘，用于检测集装箱在三个方向上的倾斜偏转，同时用于对倾斜的集装箱进行调整；小车的中间底部连接有4根调整拉索，4根调整拉索穿过防倾斜装置的检测调整盘上的4个孔后与集装箱中部的固定装置连接；

检测调整盘在中部水平面内沿X轴正向、X轴负向、Y轴正向、Y轴负向设置有4个孔，4个孔呈正方形排列；每个孔的内壁上具有8个传感器；在孔内壁上半部分具有位于X正向的右上传感器、X负向的左上传感器、Y正向的后上传感器、Y负向的前上传感器，上述四个传感器两两相对；同理，在孔内壁下半部分具有位于X正向的右下传感器、X负向的左下传感器、Y正向的后下传感器、Y负向的前下传感器，上述四个传感器两两相对；

处理器，用于根据4个调整拉索与上述8个传感器中的接触情况不同来判断集装箱的姿态，并发送信号控制调整拉索和检测调整盘，从而进行集装箱姿态调整。

2.如权利要求1所述的具有三个角度防倾斜装置的起重机，其特征在于：在检测调整盘的两侧设置有驱动齿轮，用于驱动检测调整盘转动，从而带动调整拉索在水平面转动，实现对集装箱在水平面的调整。

3.如权利要求1所述的具有三个角度防倾斜装置的起重机，其特征在于：检测调整盘的上下两面的边缘具有多个滚珠，检测调整盘通过滚珠与防倾斜装置的外壳接触。

4.一种如权利要求1-3任一所述的具有三个角度防倾斜装置的起重机的工作方法，其特征在于：

若每根调整拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是同侧的，则判断集装箱在进行平移；

若每根调整拉索接触的传感器的位置均是不同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了水平面的旋转；

若每根调整拉索接触的传感器的位置是相同的，且同一根调整拉索上部和下部接触的传感器是对侧的，则判断集装箱发生了垂直面的旋转。

5.如权利要求4所述的具有三个角度防倾斜装置的起重机的工作方法，其特征在于：根据集装箱位姿判断对应调整检测调整盘或调整拉索，从而恢复集装箱正确位姿。

6.一种起重机的自检方法，其特征在于：应用于权利要求1-3任一所述的具有三个角度防倾斜装置的起重机。

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