CN115315406A - 吊具系统、吊具以及使用吊具搬运运输集装箱的方法 - Google Patents

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Abstract

一种吊具(24)，包括：承载集装箱连接器装置的主框架，这些集装箱连接器装置配置成与运输集装箱(10)接合；旋转器，使得主框架能够相对于起重机支架围绕基本上竖直的旋转轴线(A2)旋转；旋转马达，配置成响应于旋转控制信号而操作旋转器以使主框架旋转；旋转检测器，配置成检测主框架相对于起重机支架的旋转；以及控制系统，配置成基于旋转控制信号与由旋转检测器检测到的旋转之间的差异来产生旋转警报信号。

Description

吊具系统、吊具以及使用吊具搬运运输集装箱的方法
技术领域
本发明涉及一种吊具系统，涉及一种吊具，并且涉及一种使用吊具搬运运输集装箱的方法。
背景技术
联运运输集装箱是标准化的航运集装箱，其可在不同运输模式之间使用和转移，例如铁路、卡车和船舶，而不用卸载和再装载集装箱内的货物。集装箱和其他类型的不同标准尺寸的刚性货物运输工具通常借助于集装箱吊具或吊架来搬运，该集装箱吊具或吊架通常可以由卡车或起重机来承载。吊具在提升铸件处附接到集装箱，这些提升铸件通常被称为角铸件，这是因为其通常布置在标准的20英尺或40英尺集装箱的所有角部中。为此，吊具设置有多个扭锁或本领域已知的其他集装箱连接器装置。通常，吊具是可伸缩的，以允许沿着集装箱的纵向轴线改变集装箱连接器装置之间的距离，以便适应不同标准长度的集装箱。国际标准化组织ISO规定了联运集装箱的标准，例如标准ISO 668:2013和ISO 1496-1:2013。
WO2017135851A1公开了一种用于搬运联运运输集装箱的顶部提升吊具。
联运集装箱是沉重的，并且这种集装箱的粗心搬运可能是危险的。复杂的方面在于集装箱可能具有不同的类型、尺寸和载荷。
发明内容
本发明的目的是解决或至少减轻上述问题的部分或全部。为此，提供了一种吊具系统，该吊具系统包括用于提升运输集装箱的吊具，该吊具包括：主框架，该主框架具有第一端和第二端并且沿着纵向轴线在所述第一端和所述第二端之间延伸，第一端承载第一集装箱连接器装置并且第二端承载第二集装箱连接器装置，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置中的每个都配置成与运输集装箱接合；主框架承载部，该主框架承载部包括起重机支架和旋转器，使得主框架能够旋转，从而使得由吊具保持的任何集装箱都能够相对于起重机支架围绕基本上竖直的旋转轴线旋转；旋转马达，配置成响应于旋转控制信号而操作旋转器以使主框架相对于起重机支架旋转；以及旋转检测器，配置成检测主框架相对于起重机支架的旋转，其中，吊具系统还包括控制系统，该控制系统配置成基于旋转控制信号与由旋转检测器检测到的旋转之间的差异来产生旋转警报信号。因此，可以检测没有被旋转控制信号命令的主框架的任何旋转，这允许检测由于例如偏心载荷而导致的潜在危险情况。集装箱的严重偏心载荷与保持吊具使得旋转器的旋转轴线不是竖直的相结合可能产生围绕旋转轴线的转矩，该转矩可以超过旋转马达的功率。如果是这样，则保持集装箱的主框架可能在旋转器中不受控制地转动，并且使用旋转马达在相反方向上操作旋转器的任何努力将失败。起重机支架允许将吊具连接到起重机，例如钢丝式起重机或者铰接和/或伸缩臂式起重机，该起重机可以由例如诸如正面吊运机的车辆承载。根据实施方式，起重机支架可以配置成使得吊具能够刚性地连接到起重机臂或吊臂。起重机支架可以由一个或多个致动器补充，例如一个或多个液压缸，其可以同样地配置成连接到起重机臂或吊臂，使得起重机臂和吊具之间的刚性连接由刚性可控接头限定。
根据实施方式，运输集装箱可以是设置有提升铸件的联运运输集装箱，例如符合标准ISO 668:2013和ISO 1496-1:2013中的任何一个的运输集装箱。所述集装箱连接器装置中的每个可以包括至少一个相应的提升铸件连接器，该提升铸件连接器配置成与联运运输集装箱的提升铸件接合。替代地或附加地，集装箱连接器装置可以包括用于抓持集装箱的底面的抓臂；在这种实施方式中，集装箱不需要在角部处的任何提升铸件。吊具可以是顶部提升吊具，其配置成从上方连接到待提升的集装箱的四个提升铸件，这四个提升铸件布置成矩形图案。替代地，吊具可以是配置成仅附接到集装箱的一个单个竖直侧面的提升铸件的侧部提升吊具。同样，控制系统可以布置在吊具内或者布置在承载吊具的集装箱搬运设备的其他部分内，例如卡车或钢丝式起重机。仍然替代地，控制系统可以在远离任何集装箱搬运设备的计算云中。因此，以上定义的吊具系统可以仅由吊具组成，或者包括吊具与承载吊具的集装箱搬运设备和与吊具分离的控制系统的组合。可以将旋转警报信号经由用户界面(例如报警灯、显示器，或用于产生可听警报信号的任何器件)传输到吊具和/或传输到承载吊具的集装箱搬运设备的任何其他部分和/或传输到操作员。
根据实施方式，旋转检测器可以配置成检测主框架相对于起重机支架的旋转方向。这便于确定例如防止不期望的旋转的适当对策。通过实例，在某一转动方向上的非命令旋转，或者在某一方向上缺少命令旋转，可以通过在沿着纵向轴线的相应方向上侧移载荷来抵消，以便在朝向旋转轴线的正确方向上移动载荷的质心。
根据实施方式，控制系统可以配置成基于确定检测到的旋转方向与由所述旋转控制信号指示的旋转方向相反而产生所述旋转警报信号。主框架在错误方向上的旋转是危险情况的特别强的指标。
根据实施方式，旋转检测器可以配置成确定主框架相对于起重机支架的旋转速度。例如，旋转检测器可以配置成基于所述速度超过极限速度而产生所述旋转警报信号。高旋转速度是潜在危险情况的强指标，无论旋转是在由旋转控制信号指示的旋转方向上发生的还是在相反的旋转方向上发生的。
根据实施方式，旋转检测器可以配置成确定相对于参考位置的绝对旋转。这种布置允许设定允许的旋转范围的一个或两个端点，并且可以防止操作旋转马达使主框架旋转超过所述端点。其还允许指示旋转器何时居中。参考位置可以对应于当旋转器居中时的位置。对于由卡车承载的吊具，该居中位置可以对应于当卡车正在直线行驶时主梁的纵向轴线平行于卡车的轮轴的时候。旋转检测器可以配置成确定相对旋转，并且基于该相对旋转更新易失性或非易失性存储器中的绝对旋转值以记录该绝对旋转值。可以定期地或者每当检测到相对旋转时进行更新。
根据实施方式，吊具系统还可以包括至少一个旋转制动器，其配置成基于所述旋转警报信号来机械地制动和/或阻止起重机支架与主框架之间的旋转。这种布置甚至进一步增加了吊具的安全性，这是因为自动制动给操作员时间来检查和分析情况。旋转制动器可以与旋转马达共同定位，并且可以例如在连接到旋转马达的输出轴的制动盘上操作。如果旋转器由多于一个的旋转马达旋转，则每个旋转马达可以设置有相应的旋转制动器。
根据实施方式，控制系统可以配置成基于旋转警报信号来停止旋转马达的操作和/或经由用户界面向操作员产生警报信号。因此，可以向操作员警告危险状况，并且操作员可以采取纠正措施。
根据实施方式，主框架可以经由主框架悬挂装置连接到旋转器，其中，主框架可平移地悬挂在所述主框架悬挂装置中以使得能够沿着所述纵向轴线平移。经由主框架悬挂装置使载荷侧移的可能性既增加了发生偏心载荷情况的风险，又提供了使偏心载荷居中的便利方式。侧移装置可以包括例如主框架的面向下的表面，该面向下的表面可滑动地竖直位于主框架悬挂装置的面向上的表面上，以使得能够在主框架和主框架悬挂装置之间纵向平移。主框架的面向下的表面和主框架悬挂装置的面向上的表面可以是水平表面。作为替代构造的实例，吊具可以配置成龙门架悬挂吊具，其中，主框架将经由多个竖直连杆从主框架悬挂装置悬挂，这些竖直连杆枢转地连接到主框架以及主框架悬挂装置。竖直连杆可以配置成悬杆，其可以以任何其他合适的方式侧移。悬杆可以可选地配置成液压缸，从而也使得能够调节集装箱的倾斜。
根据实施方式，控制系统可以配置成基于所述旋转警报信号施加对吊具的一组允许操作进行限制的控制约束。因此，如果检测到非命令旋转，则可以自动地防止操作员使事情变得更差。控制约束可以包括例如限制集装箱从地面的进一步提升以及/或者限制使旋转器围绕平行于纵向轴线的轴线倾斜的可能性。
根据一些实施方式，控制约束可以限制主框架沿着所述纵向轴线的侧移。通过实例，控制约束可以限制主框架在增加载荷的偏心度的方向上的侧移，即，增加载荷的质心和旋转轴线之间的纵向距离的侧移。侧移控制约束可以应用于例如在如上限定的主框架悬挂装置中平移主框架的可能性。
根据实施方式，吊具可以包括检测器，以用于检测集装箱的质心或吊具的可围绕旋转轴线旋转的部件以及附接到该部件的任何集装箱的质心沿着所述纵向轴线的位置，其中，所述控制系统配置成基于所检测到的所述质心的位置来制动或阻止起重机支架与主框架之间的旋转以及/或者施加限制使旋转器围绕平行于纵向轴线的轴线倾斜的可能性的控制约束。
根据实施方式，旋转马达可以是液压马达。根据一些实施方式，两个或更多个液压马达可以与旋转器同时驱动接合。
根据实施方式，旋转马达可以经由齿轮装置连接到旋转器，其中，旋转检测器配置成基于对齿轮装置的至少一个齿轮齿的存在的检测来检测旋转。因此，该至少一个齿轮齿基于齿轮装置的相应齿轮的旋转来提供周期信号，其中，该周期信号的周期指示旋转速度。该至少一个齿轮齿可以包括齿轮装置的齿轮的所有齿轮齿。齿轮装置可以包括与旋转器的齿圈驱动接合的小齿轮，并且旋转检测器可以配置成检测小齿轮的齿轮齿。旋转检测器可以包括至少一个电磁传感器，例如电容传感器或电感传感器，其配置成感测齿轮齿。
根据实施方式，旋转检测器可以包括两个齿轮齿检测器，它们布置在齿轮装置的齿轮的周边并且处于使得所述齿轮齿检测器能够感测彼此异相的齿轮齿的存在的相互位置处。因此，传感器信号的周期指示旋转速度，而传感器信号之间的相位指示旋转方向。这两个齿轮齿检测器可以是电磁传感器，例如电容传感器或电感传感器。
根据实施方式，第一集装箱连接器装置可以包括第一活动梁，并且第二集装箱连接器装置可以包括第二活动梁，其中，第一活动梁的近端在主框架中被引导以沿着所述纵向轴线在第一方向上从主框架可伸缩地延伸，并且第一活动梁的远端配置成与所述运输集装箱的第一端接合，并且其中，第二活动梁的近端在主框架中被引导以沿着所述纵向轴线在第二方向上从主框架可伸缩地延伸，并且第二活动梁的远端配置成与所述运输集装箱的第二端接合。因此，第一集装箱连接器装置和第二集装箱连接器装置之间的纵向距离可以改变，以适应不同长度的运输集装箱。通过实例，集装箱通常具有20英尺或40英尺的标准长度，并且第一集装箱连接器装置和第二集装箱连接器装置可以是可伸缩地延伸的，以允许连接到这些长度中的任何一个。可选地，主框架可以包括第一活动梁引导件，其沿着纵向轴线引导第一活动梁；以及与所述第一活动梁引导件邻近的第二活动梁引导件，其沿着纵向轴线引导第二活动梁。替代地，可以一个在另一个内部地引导活动梁。
根据实施方式，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置中的每个都可以包括在横向于纵向轴线的方向上延伸的相应的横向梁，这些横向梁中的每个都设置有沿着所述横向方向分开的相应的两个提升铸件连接器，以用于连接到所述运输集装箱的两个提升铸件。该横向方向可以基本上垂直于所述纵向轴线。通常，横向梁的两个提升铸件连接器连接到集装箱的两个相应的短侧提升铸件，使得两个集装箱连接器装置连接到联运集装箱的矩形面的所有四个角部的提升铸件。
根据第二方面，通过使用吊具搬运运输集装箱的方法解决或至少减轻了上述问题中的部分或全部，该方法包括：基于来自旋转传感器的信号确定运输集装箱的旋转状态；将该旋转状态与基于旋转控制信号确定的预期旋转状态进行比较；以及基于所述比较，产生旋转警报信号。该方法可以使用如上限定的吊具来执行。旋转状态可以指示集装箱是否已经从先前记录的位置旋转。旋转状态还可以指示集装箱的旋转方向和/或旋转角度和/或旋转速度。
根据第三方面，通过用于提升运输集装箱的吊具解决或至少减轻了上述问题中的部分或全部，该吊具包括：主框架，该主框架具有第一端和第二端并且沿着纵向轴线在所述第一端和所述第二端之间延伸，第一端设置有第一集装箱连接器装置，并且第二端设置有第二集装箱连接器装置，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置中的每个包括至少一个相应的提升铸件连接器，这些提升铸件连接器配置成与联运运输集装箱的提升铸件接合；主框架承载部，包括起重机支架和旋转器，使得主框架能够相对于起重机支架围绕基本上垂直于纵向轴线的旋转轴线旋转，并且从而使得由吊具保持的任何集装箱能够相对于起重机支架围绕基本上垂直于纵向轴线的旋转轴线旋转；旋转马达，经由齿轮装置连接到旋转器并且配置成响应于旋转控制信号而操作旋转器以使主框架相对于起重机支架旋转；以及旋转检测器，配置成检测主框架相对于起重机支架的旋转，该旋转检测器包括齿轮齿检测器，其配置成检测齿轮装置的至少一个齿轮齿的存在。
根据实施方式，旋转检测器包括两个齿轮齿检测器，这些齿轮齿检测器布置在齿轮装置的齿轮的周边并且处于使得所述齿轮齿检测器能够感测彼此异相的齿轮齿的存在的相互位置处。
应注意，本发明的实施方式可以通过权利要求中记载的特征的所有可能的组合来实现。此外，应理解的是，针对根据第一方面的吊具系统和根据第三方面的吊具描述的各种实施方式都可与根据第二方面限定的方法组合，反之亦然。
附图说明
通过以下参考附图对本发明的优选实施方式的说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，其中相同的附图标记将用于类似的元件，在附图中：
图1是联运运输集装箱的透视图；
图2是图1的联运运输集装箱的顶部提升铸件的透视图；
图3是用于搬运图1的集装箱的吊具的正投影图；
图4A是图3的吊具在处于纵向回缩位置时从下方看的示意图；
图4B是图3的吊具在处于纵向延伸位置时从下方看的示意图；
图5示出了图3的吊架的主框架和主框架悬挂装置的横截面，该横截面是沿着图3的平面V-V截取的；
图6是承载图3的吊具的正面吊运机的侧视图，该正面吊运机将图1的集装箱保持在第一位置；
图7是图3的吊具的提升铸件连接器的从斜下方看的透视图；
图8是示出了图3的吊具和图1的集装箱在连接之前的侧视图；
图9是图6的正面吊运机和集装箱的侧视图，该正面吊运机将集装箱保持在相对于图6的位置倾斜的第二位置；
图10A示出了图3的吊具的旋转器的横截面，该横截面是沿着图6所示的线X-X截取的；
图10B是图10A的截面的一部分的放大图，该放大部分由图10A中的B指示；
图11是示出了来自图3的吊具的旋转检测器的示例性信号的图示；
图12A是图3的吊具的侧视图，该侧视图对应于图8的视图并且示出了连接到集装箱之前的吊具；
图12B是图3的吊具的侧视图，该侧视图对应于图12A的视图并且示出了已经使集装箱侧移之后的吊具；以及
图13是示出了搬运集装箱的方法的流程图。
所有附图都是示意性的，不是必须按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明实施方式所必需的部件，其中可以省略其他部件。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据上述ISO标准的联运集装箱10。为了清楚起见，集装箱10示出为透明的，该集装箱具有顶面10a、第一纵向侧10b，以及第一短侧或山墙侧10c。集装箱还具有底面10d、第二纵向侧，以及第二山墙侧10e，它们分别与顶面10a、第一纵向侧10b和第一山墙侧10c平行且相对地定位。集装箱10的每个角部设置有相应的提升铸件，以用于附接相应的提升铸件连接器，从而便于集装箱10的搬运，并且用于将集装箱10锁定到其他集装箱或锁定到货运船的甲板。因此，限定顶面10a的角部的集装箱顶部角部在集装箱10的第一纵向端14a处设置有两个提升铸件12a，并且在集装箱10的第二纵向端14b处设置有两个提升铸件12b。类似地，集装箱底部角部在底面的四个角部处设置有四个底部提升铸件15a、15b。
图1还示出了布置在笛卡尔坐标系中的集装箱10，其中，集装箱10的底面10d在x-y平面中，集装箱10的纵向侧10b沿着x-z平面布置，并且集装箱10的山墙侧10c、10e沿着y-z平面布置。集装箱10的旋转方向通常参考布置在货船上的集装箱的旋转方向给出。布置在货船上的集装箱10与货船对准使得纵向侧10b沿着货船长度。因此，集装箱的旋转运动可以参考货船的运动(即侧倾、纵倾和偏转)来限定。侧倾是围绕x轴的旋转，有时也被称为倾斜。纵倾是围绕y轴的旋转；在本文中，纵倾也可以被称为集装箱10的侧向倾斜，偏转是围绕Z轴的旋转。
图2以与图1相同的视角更详细地示出了顶部提升铸件12b中的一个。该顶部提升铸件设置有顶面锁定开口18、纵向侧锁定开口20和山墙锁定开口22，其中每个开口配置成接收提升铸件连接器的凸形插入件并与其接合，该提升铸件连接器例如是提升钩或扭锁。应理解，所有顶部提升铸件12a、12b可以是相同的，尽管是在镜像构造中。
图3示出了根据上述ISO标准用于搬运联运运输集装箱的顶部提升吊具24。吊具24包括沿着纵向轴线L在第一端26a和第二端26b之间延伸的主框架26。第一端26a承载配置成连接到集装箱的第一端14a(图1)的第一集装箱连接器装置28a，并且第二端26b承载配置成连接到集装箱的第二端14b(图1)的第二集装箱连接器装置28b。
吊具24还包括主框架承载部30，该主框架承载部包括起重机支架32，该起重机支架配置成连接到起重机(未示出)，例如伸缩臂式起重机或钢丝式起重机。起重机支架32可连接到起重机，以使得能够使集装箱围绕沿着纵向轴线L延伸的水平倾斜轴线A1倾斜，用于改变集装箱10的倾斜(图1)。为此，一对液压倾斜缸33同样可连接到起重机。主框架承载部30还包括旋转器34，该旋转器使得主框架26能够相对于起重机支架32围绕基本上竖直的旋转轴线A2旋转，从而使得由吊具24保持的任何集装箱10能够相对于起重机支架围绕基本竖直上的旋转轴线旋转，用于改变集装箱的偏转程度。第一液压旋转马达35a和第二旋转马达35b配置成响应于来自吊具控制系统54a的旋转控制信号而操作旋转器34，以使主框架26相对于起重机支架32旋转。即使一个旋转马达35a可能足以使主框架26旋转，但是由第二马达35b施加的转矩也可以增加吊具24旋转重载荷的能力。由旋转马达35a、35b施加的围绕旋转轴线A2的总旋转转矩由箭头Tm指示。主框架承载部30还包括主框架悬挂装置36，该主框架悬挂装置使得主框架26能够相对于主框架承载部30沿着纵向轴线L平移。主框架悬挂装置36因此承载悬挂装置负荷的重量，该悬挂装置负荷包括主框架26、集装箱连接器装置28a、28b，以及附接到集装箱连接器装置28a、28b的任何集装箱10。配置成沿着主框架26延伸的液压缸的侧移机构37连接到主框架26并连接到主框架悬挂装置36。侧移机构37使得能够响应于来自吊具控制系统52a的侧移控制信号而使主框架26相对于主框架悬挂装置36沿着纵向轴线L移动。侧移机构37还包括侧移传感器(未示出)，该侧移传感器使得能够确定主框架悬挂装置36和主框架26之间的相互位置关系。侧移传感器可以布置在液压缸内，或者作为单独的传感器提供。
图4A和图4B以高度示意性的方式示出了从下面看的吊具24。第一集装箱连接器装置28a包括在第一活动梁引导件中引导的第一活动梁(first travelling beam，第一行进梁)38a，该第一活动梁引导件配置为主框架26内的套筒27a。类似地，第二集装箱连接器装置28b包括在第二活动梁引导件中引导的第二活动梁38b，该第二活动梁引导件配置为主框架26内的套筒27b。活动梁38a、38b在用于将吊具24连接到20英尺集装箱的回缩位置(图4A)和用于将吊具24连接到40英尺集装箱的延伸位置(图4B)之间可伸缩地延伸。第一活动梁38a的近端40a在主框架26中被引导以沿着纵向轴线L在第一延伸方向E1上从主框架26可伸缩地延伸，并且第一活动梁38a的远端42a设置有在基本上垂直于纵向轴线L的横向方向T上延伸的相应的第一横向梁44a。第一集装箱连接器装置28a还包括第一对提升铸件连接器，它们配置成布置在第一横向梁44a的相对两端处的扭锁46a，该第一对扭锁46a可连接到集装箱10的第一纵向端14a的顶部提升铸件12a的顶面锁定开口18(图2)。
类似地，第二活动梁38b的近端40b在主框架26中被引导以沿着纵向轴线L在与第一延伸方向相反的第二延伸方向E2上从主框架26可伸缩地延伸，并且第二活动梁38b的远端42b设置有沿着横向方向T延伸的相应的第二横向梁44b。第二集装箱连接器装置28b包括第二对提升铸件连接器，它们配置成布置在第二横向梁44b的相对两端处的扭锁46b，该第二对扭锁46b可连接到集装箱10的第二纵向端14b的顶部提升铸件12b的顶面锁定开口18(图2)。为了清楚起见，应指出，图3示出了吊具24，其中活动梁38a、38b处于回缩位置，使得其被隐藏在主框架26内。
图5高度示意性地示出了主框架26和主框架悬挂装置36沿着垂直于纵向轴线L的截面平面V-V(图3)的截面。主框架包括一对相对的外侧壁面56。将相应的侧移轨道58焊接到每个侧壁56的外面，该侧移轨道58从侧壁56伸出并且沿着纵向轴线L(图3)延伸。每个侧移轨道58由主框架悬挂装置36的相应竖直支撑件60竖直地支撑并滑动地位于相应竖直支撑件上，以允许主框架沿着所述纵向轴线L在竖直支撑件60上滑动。竖直支撑件60设置有可以由例如诸如聚氨酯的塑料制成的滑动垫64，以用于减小使主框架26沿着主框架悬挂装置36滑动的摩擦。滑动垫64还限定了一对面向相应的外侧壁面56的相对的侧支撑件62，以用于沿着纵向轴线L引导主框架26。图5还示出了在其相应的活动梁引导件27a、27b内的活动梁38a、38b。使摩擦减小的滑动垫66围绕活动梁38a、38b的周缘布置。
图6示出了附接到卡车50的伸缩臂式起重机48的吊具24，以形成正面吊运机52。图6示出了其中集装箱10附接到吊具24的正面吊运机52。卡车50还设置有卡车控制系统54b，该卡车控制系统包括电子器件和/或计算机程序指令，以用于控制卡车50和起重机48并经由吊架控制系统54a(图3)控制吊具24。卡车控制系统和吊架控制系统54b、54a一起限定了总体控制系统，总体控制系统的功能可以以任意方式分布在卡车和吊架控制系统54b、54a之间。
图7示意性地示出了扭锁46b，该扭锁包括配置成插入到相应的集装箱提升铸件12b(图2)的顶部开口18(图2)中的凸形锁定插入件74。在位于提升铸件12b内后，凸形锁定插入件74的端部部分76就配置成围绕竖直轴线R扭转90°到锁定位置，在该锁定位置，凸形锁定插入件与提升铸件12b接合。位于凸形锁定插入件74侧面的邻接面78(阴影部分)对应于提升铸件12b的顶表面19(图2)的尺寸和形状，并且配置成在吊具24(图3)已经降低到集装箱10上后就位于其上。
图8示意性地示出了吊具24被降低到集装箱10上以经由集装箱连接器装置28a-b连接到集装箱上的情况。从集装箱的纵向侧10b，即从面向卡车50(图6)的集装箱10的纵向侧看集装箱10和吊具24。集装箱10偏心地装载货物，使得集装箱的质心Mc相对于集装箱10的几何中心纵向地偏离。因此，在与吊具的旋转轴线A2分离的意义上，吊具上的总竖直载荷将是偏心的。在图8的视图中，集装箱10的重量，即集装箱10上的重力，由箭头Gc指示。
图9示出了潜在的危险情况，其中正面吊运机52的操作员已经使带有偏心装载的集装箱10的吊具24围绕倾斜轴线A1倾斜。在所示出的情况下，倾斜的集装箱10由于偏心载荷和倾斜的旋转轴线A2而产生在逆时针方向上围绕旋转轴线A2的转矩Tc，如从上方看到的。为了防止由转矩Tc引起的旋转，返回参考图3，旋转器34设置有旋转制动器39a、39b，每当旋转马达35a、35b不运行时，这些旋转制动器就接合以防止旋转器34旋转。旋转制动器39a、39b配置成布置在旋转马达35a、35b的壳体内的盘式制动器，并且由吊具控制系统54a控制。每当操作员操作旋转器34时，旋转制动器39a、39b就自动释放，并且每当操作员停止操作旋转器34时，旋转制动器39a、39b就自动接合。
然而，再次参考图9的情况，如果操作员试图在与集装箱施加的转矩Tc相反的旋转方向上旋转集装箱10，即，在图9的视图中，在从上方看的顺时针方向上，则可能发生危险情况。如果偏心载荷所施加的转矩Tc大于旋转马达35a、35b所施加的相反转矩Tm(图3)，则集装箱10可以开始围绕旋转轴线在由偏心载荷所引起的转矩Tc确定的旋转方向上旋转，而不是由旋转马达所引起的转矩Tm确定的旋转方向。对于操作员来说，通过保持操作旋转马达35a、35b来保持试图在预期方向Tm上旋转集装箱10是直观的，这实际上可能使情况恶化。
在稍微不同的情况下，操作员可能试图在与由集装箱10施加的转矩Tc相同的旋转方向上旋转集装箱10，即，在图9的视图中，如从上方看的逆时针方向上。如果偏心载荷所施加的转矩Tc足够大，则集装箱10可能以不受控制的速度开始围绕旋转轴线A2旋转，该速度高于操作员期望的速度，即高于由从控制系统54a到旋转马达35a、35b(图3)的旋转控制信号指示的速度。
在这两种情况下，不受控制的旋转最终可能导致集装箱10可能撞击物体、人或卡车50。特别是对于长集装箱，例如40英尺集装箱，卡车50可能处于集装箱10的旋转路径中。然而，吊具24设置有解决那些潜在风险的设备，其将在下面进行说明。
图10A示出了如在图6的截面X-X中看到的旋转器34。旋转器34包括齿圈68，该齿圈刚性地连接到主框架悬挂装置36(图3)。旋转马达35a、35b布置在旋转器34的起重机支架侧上并且刚性地连接到起重机支架32。旋转轴承70将齿圈68轴颈连接在起重机支架32上，从而允许齿圈与主框架悬挂装置36、主框架26，以及由此承载的任何集装箱一起围绕旋转轴线A2(图3)旋转。旋转马达35a、35b(图3)的输出轴(未示出)承载相应的旋转马达小齿轮72a、72b，这些旋转马达小齿轮与齿圈的齿驱动地啮合。在所示的实施方式中，每个旋转马达小齿轮72a、72b具有12个齿轮齿，而齿圈68具有124个齿轮齿。
旋转器34还设置有旋转检测器80，该旋转检测器配置成检测第一旋转马达小齿轮72a的旋转，从而还检测齿圈68和主框架悬挂装置36(图8)与主框架26和集装箱10相对于起重机支架32围绕旋转轴线A2(图3)的旋转。旋转检测器80还配置成检测第一旋转小齿轮72a的旋转速度和旋转方向，从而还检测主框架悬挂装置36(图8)与主框架26和集装箱10相对于起重机支架32的旋转速度和旋转方向。
图10B的放大视图更详细地示出了旋转检测器80。旋转检测器80包括第一齿轮齿检测器82a和第二齿轮齿检测器82b，它们布置在第一旋转马达小齿轮72a的周边。齿轮齿检测器82a-b配置成检测第一旋转马达小齿轮72a的齿轮齿84的存在，并且可以是例如电感传感器。在第一旋转马达小齿轮72a旋转时，齿轮齿检测器82a-b中的每一个将产生周期信号，其中，该周期信号的周期指示旋转速度。两个齿轮齿检测器82a-b定位成使得其将提供彼此异相90°的相应的齿检测信号。因此，来自相应的齿轮齿检测器82a-b的信号之间的相对相位将指示第一旋转马达小齿轮72a的旋转方向，从而还指示主框架悬挂装置36(图8)与主框架26和集装箱10相对于起重机支架32的旋转方向，该旋转方向与第一旋转马达小齿轮72a的旋转方向相反。
图11示出了来自齿轮齿检测器82a、82b的信号作为时间t的函数的实例，其中，高信号指示在相应的齿轮齿检测器82a-b的前方存在齿轮齿，低信号指示在相应的齿轮齿检测器82a-b的前方不存在齿轮齿。来自第一齿轮齿检测器82a的信号的相位比来自第二齿轮齿检测器82b的信号的相位提前90°，这指示第一旋转马达小齿轮72a在与偏心装载的集装箱10(图9)所产生的转矩Tc(图10A)的方向相对应的旋转方向Rp(图10B)上旋转。在相反的旋转方向上，来自第二齿轮齿检测器82b的信号的相位将替代地比来自第一齿轮齿检测器82a的信号的相位提前90°。还检测任何齿轮齿检测器82a-b从高信号到低信号或从低信号到高信号的每次转变。在最下面的图表中示出了该转变ω，并且其频率指示旋转速度。在旋转马达小齿轮72a的每个完整转动期间，每个齿轮齿84在每个齿轮齿检测器82a、82b处产生两个转变。因此，旋转器34的完整的360°转动将对应于124*2*496个转变ω，这使得旋转检测器80关于主框架26(图3)围绕旋转轴线A2旋转360°/496的角分辨度，即大约0.7°。基于每个转变ω，控制系统54a可以更新转变计数器，该转变计数器基于检测到的旋转方向从转变计数器添加或减去检测到的转变ω。因此，控制系统54a(图3)可以保持跟踪相对于起始位置的总旋转。旋转计数器可以保持在非易失性存储器中，使得其值可能在断电后恢复。返回参考图10A，旋转器34还可以设置有参考位置传感器86，该参考位置传感器配置成检测旋转器34的至少一个绝对角位置，以便提供用于重置转变计数器的参考位置。通过实例，参考位置传感器86可以配置成附接到起重机支架32的电感传感器，并且配置成检测刚性地连接到齿圈68的金属的检测本体88a-c。这些检测本体88a-c可以包括中心检测本体88a和两个旋转器端部位置检测本体88b、88c，中心检测本体示出主框架26的纵向轴线L何时平行于倾斜轴线A1延伸，两个旋转器端部位置检测本体示出在每个方向上的最大允许旋转。吊具控制系统54a可以配置成每当参考传感器86定位在相应的检测本体88a、88b、88c的前方时将旋转计数器重置到相应的预定值。
回到图9所示的情况，并且假设操作员试图在从上方观察时顺时针旋转主框架26，吊具控制系统54a(图3)将对旋转马达35a、35b产生旋转控制信号，以相应地使旋转马达小齿轮旋转，从而在图3中由Tm指示的方向上向主框架26施加旋转转矩。如果吊具控制系统54a响应于在预期旋转方向上施加转矩而接收到图11所示的齿轮齿检测器信号，则这是旋转器34在与预期旋转方向相反的旋转方向上(即，在图9中由Tc指示的方向上)旋转的指示。基于旋转控制信号和由旋转检测器80(图10A)检测到的旋转之间的差异，吊具控制系统54a将发出旋转警报信号。旋转警报信号可以用作直接且自动地接合旋转制动器39a、39b(图3)并停止旋转马达35a、35b的旋转的基础，或者用于提示操作员停止旋转吊具24的尝试，使得旋转制动器39a、39b可以自动地接合。控制系统54a还可以施加其他控制约束，例如限制集装箱10从地面的进一步提升，和/或防止集装箱围绕倾斜轴线A1的进一步倾斜。
类似地，如果来自旋转检测器旋转速度的信号超过极限速度，该极限速度对应于转变ω的极限频率(图11)，则吊具控制系统54a可以配置成无论检测到的旋转方向如何，都自动地接合旋转制动器39a、39b(图3)并停止旋转马达35a、35b。
基于检测到的围绕旋转轴线A2的旋转方向，吊具控制系统54a可以确定集装箱10的载荷的偏心度。图12A以与图8的视图相对应的视图示出了吊具24已经连接到集装箱10并且开始沿着图12A的箭头提升以及围绕倾斜轴线A1倾斜，从而形成图9的位置的情况。如果试图旋转，则吊具控制系统54a(图3)可通过将旋转控制信号与检测到的旋转进行比较来得到由集装箱10产生的由载荷偏心度引起的转矩Tc的方向和大小的指示。基于检测到的转矩Tc的方向和大小，吊具控制系统54a可以确定沿着纵向轴线L的优选侧移方向D，在该优选侧移方向上，主框架26应相对于主框架悬挂装置36侧移，以便补偿偏心载荷。吊具控制系统54a(图3)例如可以防止操作员在与优选侧移方向D相反的方向上使主框架26侧移。吊具控制系统54a还可以提示正面吊运机50(图9)的操作员操作侧移机构37以使主框架26在优选方向D上侧移，或者自动地操作侧移机构37以使主框架26在方向D上平移，以便使集装箱的质心Mc更靠近旋转轴线A2。主框架26在D方向上的侧移使从图12A的情况移动到图12B的情况，其中由于集装箱10的质心Mc更靠近旋转轴线A2，所以显著减小主框架26和集装箱10围绕旋转轴线A2不受控制地旋转的风险。
不需要旋转尝试来确定集装箱10的载荷的偏心度。根据另一实例，可以基于集装箱连接器装置28a、28b中的载荷传感器(未示出)检测集装箱10的质心Mc的位置，该载荷传感器确定由相应的集装箱连接器装置28a、28b承载的竖直载荷。吊具控制系统54a然后可以基于所确定的质心Mc的位置来确定优选的侧移位置。该优选的侧移位置可以与当前的侧移位置进行比较，以获得优选的方向D(图12A)，主框架26与集装箱10在该方向上侧移。基于质心Mc的位置，吊具控制系统54a还可以基于检测到的偏心度施加控制约束，例如接合旋转制动器39a、39b，限制围绕倾斜轴线A1的倾斜以及/或者防止主框架26在与优选的侧移方向D相反的方向上侧移(图12A)。
图12B还示出了确定由吊具24和集装箱10构成的整个系统的总重量Gt和组合质心Mt的可能性。总重量Gt和质心Mt可以基于由载荷传感器确定的集装箱重量Gt和质心Mc结合吊具24的质心Ms和重量Gs的现有知识来确定。
图13示出了使用吊具(例如上文详细描述的吊具24(图3))搬运运输集装箱10(图1)的方法，该方法包括：
1301：基于来自旋转传感器(例如旋转传感器80)的信号确定运输集装箱10的旋转状态；
1302：将该旋转状态与基于旋转控制信号确定的预期旋转状态进行比较；
1303：基于所述比较，产生旋转警报信号。
上面已经参考几个实施方式主要描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如由所附专利权利要求限定的本发明的范围内，除了上述实施方式之外的其他实施方式同样是可能的。
例如，主框架26围绕旋转轴线A2的绝对或相对旋转可使用许多不同类型的传感器来确定，并且范围不以任何方式限于使用电感传感器或检测齿轮齿的存在的传感器。此外，即使在文本中详细描述的吊具24是顶部提升吊具，但是本教导同样适用于配置成仅在运输集装箱的一个单个纵向侧处附接到运输集装箱的侧向提升吊具。旋转警报信号可以以许多不同的方式用于减轻偏心装载的集装箱的后果。此外，任何旋转制动器不需要是盘式制动器类型；其可以是任何类型的适于制动或阻止主框架26相对于起重机支架32的旋转的制动器。应指出，本文的教导也可以适用于不能使主框架相对于起重机支架侧移的吊具。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

Claims (19)

1.一种吊具系统，包括用于提升运输集装箱(10)的吊具(24)，所述吊具(24)包括：
主框架(26)，具有第一端(26a)和第二端(26b)并且沿着纵向轴线(L)在所述第一端(26a)和所述第二端(26b)之间延伸，所述第一端(26a)承载第一集装箱连接器装置(28a)，并且所述第二端(26b)承载第二集装箱连接器装置(28b)，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置(28a，28b)中的每个都配置成与运输集装箱(10)接合；
主框架承载部(30)，包括起重机支架(32)和旋转器(34)，使得所述主框架(26)能够相对于所述起重机支架(32)围绕基本上竖直的旋转轴线(A2)旋转，从而使得由所述吊具(24)保持的任何集装箱(10)都能够相对于所述起重机支架围绕所述旋转轴线旋转；
旋转马达(35a，35b)，配置成响应于旋转控制信号而操作所述旋转器(34)以使所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)旋转；以及
旋转检测器(80)，配置成检测所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)的旋转，其中，所述吊具系统还包括：
控制系统(54a，54b)，配置成基于所述旋转控制信号和由所述旋转检测器(80)检测到的旋转之间的差异来产生旋转警报信号。
2.根据权利要求1所述的吊具系统，其中，所述旋转检测器(80)配置成检测所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)的旋转方向。
3.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述控制系统(54a，54b)配置成基于确定所检测到的旋转方向(Tc)与由所述旋转控制信号指示的旋转方向(Tm)相反来产生所述旋转警报信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述旋转检测器(80)配置成确定所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)的旋转速度。
5.根据权利要求4所述的吊具系统，其中，所述旋转检测器(80)配置成基于所述速度超过极限速度而产生所述旋转警报信号。
6.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述旋转检测器(80)配置成确定相对于参考位置的绝对旋转。
7.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，还包括至少一个旋转制动器(39a，39b)，所述旋转制动器配置成基于所述旋转警报信号来机械地制动和/或阻止所述起重机支架(32)与所述主框架(26)之间的旋转。
8.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述控制系统(54a，54b)配置成基于所述旋转警报信号来停止所述旋转马达(35a，35b)的操作和/或经由用户界面产生警报信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述主框架(26)经由主框架悬挂装置(36)连接到所述旋转器(34)，其中，所述主框架(26)能平移地悬挂在所述主框架悬挂装置(36)中，以能够沿着所述纵向轴线(L)平移。
10.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述控制系统(54a，54b)配置成基于所述旋转警报信号而施加对所述吊具(24)的一组允许操作进行限制的控制约束。
11.根据权利要求10所述的吊具系统，其中，所述控制约束限制所述主框架(26)沿着所述纵向轴线(L)的侧移。
12.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述吊具(24)包括用于检测所述集装箱(10)的质心或者所述吊具(24)和附接到所述吊具的任何集装箱(10)的质心(Mc；Mt)沿着所述纵向轴线(L)的位置的检测器，其中，所述控制系统(54a，54b)配置成基于所检测到的所述质心(Mc；Mt)的位置来制动或阻止所述起重机支架(32)与所述主框架(26)之间的旋转以及/或者施加对所述旋转器(34)围绕平行于所述纵向轴线(L)的轴线(A1)倾斜的可能性进行限制的控制约束。
13.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述旋转马达(35a，35b)是液压马达。
14.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述旋转马达(35a)经由齿轮装置(72a，68)连接到所述旋转器(34)，其中，所述旋转检测器(80)配置成基于对所述齿轮装置(72a，68)的至少一个齿轮齿(84)的存在的检测来检测旋转。
15.根据权利要求14所述的吊具系统，其中，所述旋转检测器(80)包括两个齿轮齿检测器(82a，82b)，这些齿轮齿检测器布置在所述齿轮装置(72a，68)的齿轮(72a)的周边处并且处于使得所述齿轮齿检测器(82a，82b)能够感测彼此异相的齿轮齿(84)的存在的相互位置处。
16.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述第一集装箱连接器装置(28a)包括第一活动梁(38a)，并且所述第二集装箱连接器装置(28b)包括第二活动梁(38b)，其中，所述第一活动梁(38a)的近端(40a)在所述主框架(26)中被引导以沿着所述纵向轴线(L)在第一方向上从所述主框架(26)能伸缩地延伸，并且所述第一活动梁(38a)的远端(42a)配置成与所述运输集装箱(10)的第一端(14a)接合，并且其中，所述第二活动梁(38b)的近端(40b)在所述主框架(26)中被引导以沿着所述纵向轴线(L)在第二方向上从所述主框架(26)能伸缩地延伸，并且所述第二活动梁(38b)的远端(42b)配置成与所述运输集装箱(10)的第二端(14b)接合。
17.根据前述权利要求中任一项所述的吊具系统，其中，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置(28a，28b)中的每个都包括在横向于所述纵向轴线(L)的横向方向(T)上延伸的相应的横向梁(44a，44b)，这些横向梁(44a，44b)中的每个都设置有沿着所述横向方向(T)分开的相应的两个提升铸件连接器(46a；46b)，以用于连接到所述运输集装箱(10)的两个提升铸件(12a；12b)。
18.一种使用吊具(24)搬运运输集装箱(10)的方法，所述方法包括：
基于来自旋转传感器(80)的信号确定所述运输集装箱(10)的旋转状态(1301)；
将所述旋转状态与基于旋转控制信号确定的预期旋转状态进行比较；以及
基于所述比较，产生旋转警报信号。
19.一种用于提升运输集装箱(10)的吊具，所述吊具(24)包括：
主框架(26)，具有第一端(26a)和第二端(26b)并且沿着纵向轴线(L)在所述第一端(26a)和所述第二端(26b)之间延伸，所述第一端(26a)设置有第一集装箱连接器装置(28a)，并且所述第二端(26b)设置有第二集装箱连接器装置(28b)，所述第一集装箱连接器装置和所述第二集装箱连接器装置(28a，28b)中的每个都包括配置成与运输集装箱(10)的提升铸件(12a；12b)接合的至少一个相应的提升铸件连接器(46a；46b)；
主框架承载部(30)，包括起重机支架(32)和旋转器(34)，使得所述主框架(26)能够相对于所述起重机支架(32)围绕基本上垂直于所述纵向轴线(L)的旋转轴线(A2)旋转，从而使得由所述吊具(24)保持的任何集装箱(10)都能够相对于所述起重机支架围绕所述旋转轴线旋转；
旋转马达(35a，35b)，经由齿轮装置(68，72a，72b)连接到所述旋转器(34)并且配置成响应于旋转控制信号而操作所述旋转器(34)以使所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)旋转；以及
旋转检测器(80)，配置成检测所述主框架(26)相对于所述起重机支架(32)的旋转，所述旋转检测器(80)包括齿轮齿检测器(82a)，所述齿轮齿检测器配置成检测所述齿轮装置(68，72a)的至少一个齿轮齿(84)的存在。
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