KR101141594B1 - Balance keeping crane and vessel with the crane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제로 모멘트의 개념을 이용하여 선박의 요동에 관계없이 평형을 유지할 수 있는 크레인 및 이를 장착하여 육지로부터 떨어진 해상에서 화물을 하역할 수 있는 선박에 관한 것이다. 본 발명은, 트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물을 포함하는 상부 바디와, 상기 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지 조인트와 연결되어 상기 상부 바디를 지지하는 하부 바디와, 상기 하부 바디에 설치되어 상기 수평 구조물의 횡방향 일단에서 상기 수평 구조물을 지지하는 상하방향 높이 조절이 가능한 보조 지지대를 포함하는 크레인 및 이를 장착한 선박을 제공한다. 본 발명은 제로 모멘트 포인트에 의한 지지를 통하여 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 정밀한 평형 제어가 가능하게 된다.The present invention relates to a crane capable of maintaining an equilibrium regardless of the fluctuation of the ship by using the concept of zero moment, and a ship capable of unloading cargo at sea off the land by mounting it. The present invention includes an upper body including a horizontal structure in which a trolley is installed to be transported in a transverse direction, a lower body connected to a support joint at a point where the moment of the upper body becomes zero, and supporting the upper body; It is provided on the lower body and provides a crane and a ship equipped with the auxiliary support that can be adjusted in the vertical height of the horizontal structure supporting the horizontal structure at one end of the horizontal structure. The present invention enables precise balance control because the balance is maintained without applying a large force to the hydraulic cylinder through the support by the zero moment point.
이동 항구, 모바일 하버, 크레인, 평형 유지, 제로 모멘트 Mobile harbor, mobile harbor, crane, equilibrium, zero moment
Description
본 발명은 크레인에 관한 것이며, 좀 더 자세히는 제로 모멘트의 개념을 이용하여 선박의 요동에 관계없이 평형을 유지할 수 있는 크레인 및 이를 장착하여 육지로부터 떨어진 해상에서 화물을 하역할 수 있는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a crane, and more particularly to a crane capable of maintaining equilibrium regardless of the fluctuation of the ship by using the concept of zero moment, and a ship capable of unloading cargo at sea offshore by mounting it .
원격지의 상품이동수단으로서 선박을 이용한 해상운송은, 타 운송수단에 비하여 에너지를 적게 사용하며 수송비용도 저렴하여 국제교역의 많은 부분을 차지하고 있다.Maritime transportation using ships as a means of moving goods remotely takes up a large part of international trade because it uses less energy and lowers transportation costs compared to other means of transportation.
최근에는 컨테이너선과 같은 해상운송에 있어서, 운송의 효율을 향상시키기 위하여 대형화된 선박을 이용하게 되는데, 이는 선박의 수송량을 증가시켜 운송의 경제성을 확보하기 위한 것이다. 이에 따라 대형 선박을 접안 시킬 수 있는 계류시설 및 하역시설을 구비한 항만이 점점 더 많이 요구되고 있다.In recent years, in marine transportation such as container ships, large-scale ships are used to improve the efficiency of transportation, which is intended to secure the economics of transportation by increasing the transportation volume of the vessel. Accordingly, more and more ports are required to have mooring and unloading facilities for docking large vessels.
하지만, 대형 컨테이너선을 접안 시킬 수 있는 항구는 국내외에 한정되어 있으며, 이러한 항구의 건설에는 필요한 항만수심을 유지하기 위한 준설 등으로 인하 여 많은 경비가 소요될 뿐만 아니라 넓은 장소가 요구된다. 또한, 대형 항구의 건설로 인하여 주변 교통 체증의 유발이나 해안환경의 파괴 등 주위의 환경에도 많은 영향을 끼치는 바, 대형 항구의 건설에는 많은 제약이 따르고 있다.However, harbors that can berth large container ships are limited at home and abroad, and the construction of such ports requires a lot of expenses due to dredging to maintain the necessary port depth, as well as a large place. In addition, due to the construction of a large port has a lot of influence on the surrounding environment, such as causing a traffic jam or destruction of the coastal environment, there are many restrictions on the construction of a large port.
이에, 대형 선박을 항구 내의 안벽에 접안 시키지 않고, 육지로부터 떨어진 해상에 정박시킨 채로 화물을 선적 및 하역할 수 있는 이동 항구(모바일 하버, Mobile Harbor) 및 이를 이용한 화물 이송 방법에 관한 발명이 특허(등록번호 제10-0895604호)받은 바 있다.Accordingly, the invention relates to a mobile port (mobile harbor) capable of loading and unloading cargo without anchoring a large vessel to the inner wall of the port and anchored at sea off the land, and a method for transferring the cargo using the patent ( Registration number 10-0895604).
도 1은 상기 특허에서 도시된 이동항구의 개략적인 모습을 나타낸 것으로서, 이동 항구(10)는 크레인(20)을 이용하여 하역 작업을 수행할 수 있으며, 도 1(a)는 이동항구(10)와 대형 컨테이너선(30) 사이에서의 하역을, 도 1(b)는 이동항구(10)와 부두(40) 사이에서의 하역을 도시하고 있다.1 shows a schematic view of the mobile port shown in the patent, the
여기서 이동 항구(10)는 선적 또는 하역할 화물이 적재되는 공간을 구비하는 플랫폼과, 선박과 상기 플랫폼 사이에서 화물을 선적 및 하역하기 위한 설비 및 상기 플랫폼 상에서 화물을 이송하기 위한 이송 설비를 구비하는 화물 이송 장치와, 상기 플랫폼의 위치에 관한 정보를 획득하기 위한 위치결정 장치와, 화물을 선적 및 하역하는 동안 상기 플랫폼이 선박과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치 등을 포함하게 된다.The
화물의 하역 작업은 수 톤 내지 수십 톤에 이르는 화물을 이동시키는 작업이므로 이동 항구로서의 역할을 하는 선박과 이에 장착된 크레인의 평형 유지가 절실 히 요구되지만, 해상에서는 바람, 파랑, 또는 조류 등의 영향으로 선박의 요동이 불가결하다고 할 것인 바, 이러한 요동에도 불구하고 선박이 해상에서 작업하는 도중에 평형이 유지될 수 있는 구조를 가지는 크레인이 필요하다.Loading and unloading of cargo is the work of moving several tons or tens of tons of cargo, so it is urgently required to maintain the equilibrium of the ship and the crane mounted as a mobile port, but the effects of wind, blue, or tidal current at sea As the rocking of the ship is indispensable, there is a need for a crane having a structure capable of maintaining equilibrium while the ship is working at sea despite the rocking.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 본 발명은 선박의 롤링과 피칭 또는 히빙 운동에 대응하여 크레인의 수평상태 및 수직방향위치가 유지되도록 하여 다른 선박과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 하는 크레인 및 이를 장착한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in consideration of the above problems, the present invention is to maintain the horizontal position and vertical position of the crane in response to the rolling and pitching or heaving motion of the ship to enable a stable cargo unloading with other ships An object is to provide a crane and a ship equipped with the same.
본 발명은, 트롤리가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물을 포함하는 상부 바디와, 상기 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에서 지지 조인트와 연결되어 상기 상부 바디를 지지하는 하부 바디와, 상기 하부 바디에 설치되어 상기 수평 구조물의 횡방향 일단에서 상기 수평 구조물을 지지하는 상하방향 높이 조절이 가능한 보조 지지대를 포함하는 크레인을 제공한다.The present invention includes an upper body including a horizontal structure in which a trolley is installed to be transported in a transverse direction, a lower body connected to a support joint at a point where the moment of the upper body becomes zero, and supporting the upper body; It is provided on the lower body provides a crane comprising an auxiliary support capable of vertical height adjustment for supporting the horizontal structure at the horizontal end of the horizontal structure.
상기 지지 조인트는 상부 바디의 두 방향 이상의 모멘트가 제로가 되는 지점에 설치되며, 상기 보조 지지대는 상기 상부 바디의 다자유도 운동이 가능하도록 복수로 설치될 수 있다. 상기 보조 지지대의 높이를 조절함으로써 상기 하부 바디 의 요동에 대응하여 상기 상부 바디의 자세를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 제어부는, 상기 하부 바디의 히빙, 롤링 또는 피칭 중 어느 하나 이상의 운동에 대응하여, 상기 수평 구조물의 수평상태 또는 상기 트롤리의 수직방향위치를 제어할 수 있다.The support joint may be installed at a point where two or more moments of the upper body become zero, and the auxiliary support may be provided in plural to allow the multi-degree of freedom of the upper body. By adjusting the height of the auxiliary support may further include a control unit for controlling the posture of the upper body in response to the swing of the lower body. The control unit may control a horizontal state of the horizontal structure or a vertical position of the trolley in response to any one or more motions of the lower body, such as hebbing, rolling, or pitching.
상기 하부 바디는, 상기 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에 설치되는 제1 기둥과, 상기 제1 기둥과 간격을 두고 상기 보조 지지대를 지지하는 지점에 설치되는 제2 기둥과, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를 포함할 수 있다. 나아가 상기 베이스는 상기 제1 기둥 및 제2 기둥을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 베이스 및 제2 베이스를 포함할 수 있다. 상기 제1 기둥 및 제2 기둥은, 각각 상하방향 높이 조절이 가능한 높이 조절부가 구비될 수 있다. 더 나아가 상기 제1 기둥은 복수로 형성되어 제1 수평 보를 통하여 연결되며, 상기 제1 수평 보에는 상기 지지 조인트가 설치되고, 상기 제2 기둥은 복수로 형성되어 제2 수평 보를 통하여 연결되며, 상기 제2 수평 보에는 상기 보조 지지대가 설치될 수 있다. 또한 상기 제1 수평 보는 상기 수평 구조물보다 상부에 위치하고, 상기 트롤리는 상기 수평 구조물의 하부에 설치되어 상기 수평 구조물을 따라 자유롭게 이송 가능할 수 있다.The lower body may include a first pillar installed at a point where the moment of the upper body becomes zero, a second pillar installed at a point supporting the auxiliary support at a distance from the first pillar, and the first pillar. And a base supporting the second pillar. Furthermore, the base may include a first base and a second base that support and move the first pillar and the second pillar, respectively. The first pillar and the second pillar may be provided with a height adjustment portion capable of adjusting the height in the vertical direction. Furthermore, the first column is formed in plural and connected through a first horizontal beam, the support joint is installed in the first horizontal beam, and the second column is formed in plural and connected through a second horizontal beam. The auxiliary support may be installed on the second horizontal beam. The first horizontal beam may be positioned above the horizontal structure, and the trolley may be installed below the horizontal structure to be freely transported along the horizontal structure.
또는 상기 하부 바디는, 상기 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상기 상부 바디를 지지하며 종방향 이동 가능한 제1 베이스와, 상기 제1 베이스와 간격을 두고 상기 보조 지지대를 지지하며 종방향 이동 가능한 제2 베이스를 포함 할 수 있다. 나아가 상기 하부 바디는, 상기 제1 및 제2 베이스가 각각 지지되는 제1 및 제2 수평 보와, 상기 제1 및 제2 수평 보를 각각 지지하는 제1 및 제2 기둥을 포함할 수 있다.Alternatively, the lower body may support a longitudinally movable first base supporting the upper body at a point where the moment of the upper body becomes zero, and support the auxiliary support at a distance from the first base and move longitudinally. It may include a second base. Furthermore, the lower body may include first and second horizontal beams on which the first and second bases are respectively supported, and first and second pillars respectively supporting the first and second horizontal beams.
한편 상기 지지 조인트는 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트일 수 있다. 그리고 상기 상부 바디는 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부에 의해서 진동 절연되며 지지될 수 있다. 다음으로 상기 상부 바디는 횡방향 모멘트가 제로가 유지 되도록 하는 밸런스를 구비할 수 있다. 상기 밸런스는 상기 수평 구조물을 따라 횡방향 이동 가능할 수 있다. 상기 수평 구조물은 다단 보의 조합으로서 일측에서 다단으로 입출이 가능하도록 형성될 수 있다. 나아가 상기 상부 바디는, 상기 다단 보의 돌출에 따라 상기 수평 구조물의 상부에서 직립하는 직립 보와, 상기 수평 구조물의 일단으로부터 상기 직립 보의 일단을 거쳐 상기 수평 구조물의 다른 일단과 연결되어 상기 돌출된 다단 보를 지지하는 로프를 포함할 수 있다.Meanwhile, the support joint may be a universal joint or a spherical joint. The upper body may be vibration-insulated and supported by a vibration insulator having a spring-damper structure. Next, the upper body may have a balance such that the lateral moment is maintained at zero. The balance may be transversely movable along the horizontal structure. The horizontal structure may be formed as a combination of multi-stage beams to allow entry and exit in multiple stages. Further, the upper body is connected to the other end of the horizontal structure and the upright beams standing upright in the upper portion of the horizontal structure in accordance with the protruding of the multi-stage beams, from one end of the horizontal structure through one end of the upright beams. It may include a rope for supporting the multi-stage beam.
본 발명은 상기에서 기술한 크레인을 구비하는 선박 또는 해상 구조물을 제공한다. 여기서 상기 하부 바디는, 상기 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에 설치되는 제1 기둥과, 상기 제1 기둥과 간격을 두고 상기 보조 지지대를 지지하는 지점에 설치되는 제2 기둥과, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥을 지지하는 베이스를 포함할 수 있다. 상기 베이스는 상기 제1 기둥 및 제2 기둥을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 베이스 및 제2 베이스를 포함할 수 있다. 나아가 상기 제1 및 제2 베이스는 바퀴를 구비하고, 상기 바퀴는 상기 선박의 횡방향 양 측면에 제공된 레일 상 에서 이동 가능하나 상기 레일로부터 분리되지 않을 수 있다.The present invention provides a ship or offshore structure having the crane described above. Here, the lower body may include a first pillar installed at a point where the moment of the upper body becomes zero, a second pillar installed at a point supporting the auxiliary support at a distance from the first pillar, and the first pillar. It may include a pillar and a base for supporting the second pillar. The base may include a first base and a second base that support and move the first pillar and the second pillar, respectively. Furthermore, the first and second bases are provided with wheels, and the wheels are movable on rails provided on both side surfaces of the ship, but may not be separated from the rails.
본 발명에 따른 크레인에 의하면 하부 바디의 요동에 대응하여 수평 구조물의 수평상태 또는 트롤리의 수직방향위치가 유지되도록 하여 안정적인 하역 작업이 가능하게 된다. 나아가 본 발명에 따른 크레인을 설치한 선박에 의하면 선박의 피칭, 롤링 또는 히빙 등의 운동에 대응하여 크레인의 평형이 유지되도록 하여 다른 선박과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 된다.According to the crane according to the present invention, the horizontal state of the horizontal structure or the vertical position of the trolley is maintained in response to the swinging of the lower body, thereby enabling a stable unloading operation. Furthermore, according to the ship equipped with a crane according to the present invention to maintain the equilibrium of the crane in response to the movement of the ship, such as pitching, rolling or hebbing, it is possible to unload a stable cargo with other vessels.
또한 본 발명에 따른 크레인은 제로 모멘트 포인트에 의한 지지를 통하여 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 크레인의 정밀한 평형 유지 제어가 가능하게 된다.In addition, since the crane according to the present invention can maintain the equilibrium without applying a large force to the hydraulic cylinder through the support by the zero moment point, it is possible to control the precise balance of the crane.
따라서 본 발명에 따른 선박은, 깊은 수심이 필요한 초대형 선박의 화물 운송을 효율적으로 처리할 수 있고 이동 항구로서 기능할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.Therefore, the ship according to the present invention can efficiently handle the cargo transportation of the large vessels requiring deep water depth and can function as a mobile port, which will contribute to strengthening future port system competitiveness.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한 다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or functions may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. do.
도 2는 제로 모멘트 포인트를 이용한 평형 유지의 개념을 보여주는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the concept of equilibrium maintenance using zero moment points.
도 2a를 참조하면, 하부 바디(60) 위에 상부 바디(70)가 설치되며, 이때 상부 바디(70)는 중량이 균형을 이루어 모멘트가 제로가 되는 한 지점에서 지지된다. 선회가 가능한 바디 조인트(65)가 하부 바디(60)와 상부 바디(70)를 연결하며, 상부 바디(70)의 양단은 유압 실린더와 같은 바디 지지대(75)에 의해 보조적으로 지지된다. 여기서 바디 지지대(75)는 반드시 양단에 모두 있을 필요는 없으나, 양단 지지의 경우 더 안정된 평형 유지가 가능하게 될 수 있다. 또한 바디 지지대(75)와 병렬로 스프링과 댐퍼(미도시)를 부착하여 상부 바디(70)의 균형을 맞추는데 도움을 줄 수 있다.Referring to FIG. 2A, an
도 2b와 같이, 다른 방향으로도 유압 실린더와 같은 바디 지지대(75)가 설치되어 3차원적으로 상부 바디(70)의 평형을 유지할 수 있다. 이 때 바디 조인트(65)는 유니버설 조인트와 같은 두 방향 선회가 가능한 조인트로 구성될 것이다. As shown in FIG. 2B, a
또한 상부 바디(70)와 하부 바디(60) 사이에 스프링이나 에어 쿠션을 포함하는 진동 절연부(68)를 추가하여, 고주파의 진동으로부터 상부 바디(70)를 진동 절연시킴으로써, 제어를 더욱 용이하게 할 수도 있다. 또한 바디 지지대(75)와 병렬로 스프링-댐퍼 구조(미도시)를 설치하여 바디 지지대(75)의 제어력을 줄일 수도 있다. 스프링-댐퍼 구조는 강성이 큰 스프링 또는 에어 쿠션 또는 고무 등 다양한 방법을 사용하여 마련될 수 있다.In addition, by adding a
여기서 도면의 단순화를 위해 상부 바디(70)를 역삼각형 또는 거꾸로 선 피라미드 형태로 도시하였지만, 상부 바디(70)는 모멘트가 제로가 되는 한 지점에서 지지되는 것이라면 그 형태에 관계 없이 적용될 수 있다.Although the
여기서 상부 바디(70)는 바디 조인트(65)를 통해 대부분의 중량이 지지되고 양단에는 힘이 덜 걸리게 되므로 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 상부 바디(70)의 움직임을 제어하는 것이 가능해 진다. 따라서 하부 바디(60)의 요동에도 불구하고 상부 바디(70)는 정밀하게 수평을 유지할 수 있게 되는 것이다.Since the
제로 모멘트 포인트의 개념은 1984년경에 로봇의 걸음걸이 구현을 위하여 제시된 것으로 그 후 많은 연구가 있어 왔다. 이는 동적인 시스템에 관한 것이며, 정적인 지면과의 관계를 규정짓는 개념으로 사용 되었을 뿐, 본 발명에서와 같이 하부 바디가 움직이는 상황에서의 상부 바디 제어와는 다른 적용이다. 따라서, 편의상 제로 모멘트 포인트 개념이라고 명명했지만, 실제로는 중심 지지 개념이며, 지금까지의 로봇 응용 개념과는 다른 응용으로 봐야 할 것이다. 예로서, 도 2의 하부 바디(60)는 군함과 같은 선박이며, 상부 바디(70)는 레이더 또는 발사체와 같은 정밀 장치와 같이 운동이 없어야 할 시스템일 경우에 적용될 수 있으며, 그 응용 대상은 본 발명이 제시한 원리를 이용하는 것이라면 모두 적용될 수 있다. 본 발명은 이러한 제로 모멘트 포인트 개념(또는 중심 지지 개념)을 선박에 설치된 크레인에 적용하고자 한다.The concept of the zero moment point was proposed to implement the gait of the robot around 1984, and there have been many studies since. This relates to a dynamic system and has been used as a concept to define the relationship to the static ground, which is different from the upper body control in the situation where the lower body is moving as in the present invention. Therefore, although it is named as a zero moment point concept for convenience, it is actually a central support concept and should be regarded as an application different from the robot application concept so far. For example, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3의 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 측면도이다. 도 5는 도 4의 평형 유지 크레인의 상부 바디의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 6은 도 3의 평형 유지 크레인이 변형된 모습을 나타내는 측면도이다. 여기서 좌표는 x방향을 종방향, y방향을 횡방향이라 정의한다.Figure 3 is a perspective view showing the structure of the balancing crane according to an embodiment of the present invention. 4 is a side view illustrating the structure of the balancing crane of FIG. 3. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the upper body of the balancing crane of FIG. 6 is a side view showing a state in which the equilibrium crane of Figure 3 is modified. Here, the coordinates are defined as the longitudinal direction in the x direction and the transverse direction in the y direction.
본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인(200)은, 트롤리(238)가 횡방향으로 이송 가능하게 설치되는 수평 구조물(230)을 포함하는 상부 바디와, 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상부 바디를 지지하는 하부 바디와, 하부 바디에 설치되어 수평 구조물(230)의 횡방향 일단에서 수평 구조물(230)을 지지하며 상하방향 높이 조절이 가능한 보조 지지대(222)를 포함하는 크레인(200)을 제공한다. 상부 바디와 하부 바디는 지지 조인트(217)에 의해 연결된다.
지지 조인트(217)는 앞서 설명한 제로 모멘트 포인트에 설치된 바디 조인트(65) 해당하며, 횡방향 및 종방향 모멘트가 모두 제로가 되는 지점에 설치된다. 보조 지지대(222)는 앞서 설명한 유압실린더와 같은 바디 지지대(75)에 해당하고, 상부 바디의 6자유도 운동이 가능하도록 복수로 설치될 수 있다. 크레인(200)은 보조 지지대(222)의 높이를 조절함으로써 상부 바디의 6자유도 운동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 또는 보조 지지대(222)의 높이를 조절함으로써 하부 바디의 요동에 대응하여 상부 바디의 자세 또는 위치를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서 제어부는, 하부 바디의 히빙, 롤링 또는 피칭 중 어느 하나 이상의 운동에 대응하여, 수평 구조물(230)의 수평상태 또는 트롤리(238)의 수직방향위치를 제어할 수 있다.The support joint 217 corresponds to the body joint 65 installed at the zero moment point described above, and is installed at a point where both the transverse and longitudinal moments become zero. The
보조 지지대(222)는 유압 실린더를 포함하여 구성될 수 있다. 지지 조인트(217)는 수평 구조물(230)이 종방향 또는 횡방향으로 기울어질 수 있도록 피벗 가능한 구조로 형성되며, 일 예로 유니버설 조인트 또는 스페리컬 조인트로 구성될 수 있다. 그리고 상부 바디는 스프링-댐퍼 구조를 가지는 진동 절연부(미도시)에 의해서 진동 절연되며 지지될 수 있다. 스프링-댐퍼 구조는 강성이 큰 스프링, 에어 쿠션, 고무 등의 재료를 사용하여 제작 가능하며, 주로 고주파의 진동을 아이솔 레이션 시키는 역할을 수행하게 된다.
상부 바디는, 횡방향 모멘트가 제로가 유지 되도록 하는 밸런스(236)를 구비할 수 있다. 밸런스(236)는 트롤리(238)의 이송과 화물 적재 등 수평 구조물(230)에 가해지는 중량이 변하는 경우, 이를 보상하는 방향으로 수평 구조물(230)을 따라 이동되거나 탈 부착됨으로써 횡방향 모멘트가 제로가 되도록 유시시키게 된다.The upper body may have a
도 3와 4를 참조하여 하부 바디의 구조를 좀 더 자세히 설명하면, 하부 바디는 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에 설치되는 제1 기둥(210)과, 제1 기둥(210)과 간격을 두고 보조 지지대(222)를 지지하는 지점에 설치되는 제2 기둥(220)과, 제1 기둥(210)과 제2 기둥(220)을 지지하는 하부 베이스를 포함할 수 있다. 베이스는 제1 기둥(210) 및 제2 기둥(220)을 각각 지지하며 이동 가능한 제1 베이스(214) 및 제2 베이스(224)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 베이스(114, 124)는 이동을 위해 바퀴(미도시)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2 기둥(210, 220)은 각각 상하방향 높이 조절이 가능한 높이 조절부(미도시)가 구비될 수 있다. 제1 기둥(210)과 제2 기둥(220)은 복수로 형성되어 각각 제1 수평 보(219)와 제2 수평 보(229)를 통하여 연결될 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the structure of the lower body will be described in more detail. The lower body may be spaced apart from the
도 3과 도 5를 참조하면, 제1 수평 보(219)에는 지지 조인트(217)가 설치되고, 제2 수평 보(229)에는 보조 지지대(222)가 설치된다. 제1 수평 보(219)는 수평 구조물(230)보다 상부에 위치하고, 상기 트롤리(238)는 수평 구조물(230)의 하부에 설치되어 수평 구조물(230)을 따라 자유롭게 이송 가능하게 된다. 또한 보강 빔(239) 등이 설치되어 크레인(200) 구조의 안정성이 확보될 수 있다.3 and 5, a support joint 217 is installed on the first
상부 바디의 구조를 좀 더 자세히 설명하면, 상부 바디의 수평 구조물(230)은 다단 보(231)의 조합으로서 일측에서 다단으로 입출이 가능하도록 형성될 수 있다. 나아가 상부 바디는, 다단 보(231)의 돌출에 따라 수평 구조물(230)의 상부에서 직립하는 직립 보(240)를 구비하며, 직립 보(240)는 힌지(242)를 축으로 회전 가능하며, 윈치(246) 쪽으로 완전히 접혀졌을 때와 수평 구조물(230)에 수직방향으로 되었을 때의 두 가지 상태에서 고정될 수 있다. 또한 상부 바디는 수평 구조물(230)의 일단으로부터 직립 보(240)의 일단을 거쳐 수평 구조물(230)의 다른 일단에 설치된 윈치(246)와 연결되어 돌출된 다단 보(231)를 지지하는 로프(244)를 포함할 수 있다.To describe the structure of the upper body in more detail, the
본 발명에 따른 크레인(200)에 의하면 베이스의 요동에 대응하여 수평 구조물(230)의 수평상태 및 트롤리(238)의 수직방향위치를 제어함으로써 안정적인 하역 작업이 가능하게 된다. 특히 제로 모멘트 포인트에서 지지 조인트(217)에 의한 지지를 통하여 보조 지지대(222)를 구성하는 유압 실린더에 큰 힘을 가하지 않고서도 평형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 크레인의 정밀한 평형 유지 제어가 가능하게 된다.According to the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인이 장착된 선박의 구조를 도시하는 구성도이다. 본 발명은 상기에서 기술한 크레인(200)을 구비하는 선 박(250) 또는 해상 구조물을 제공한다. 여기서 종방향이 선박(250)의 길이 방향, 횡방향이 선박(250)의 양 측면 방향이 된다.Figure 7 is a block diagram showing the structure of a ship equipped with a balancing crane according to an embodiment of the present invention. The present invention provides a
선박(250)의 상부에는 화물이 적재될 수 있는 플랫폼(252)이 구비된다. 제1 및 제2 베이스(214, 224)는 선박(250)의 횡방향 양 측면에 각각 설치되어 종방향으로 이동 가능하게 된다. 선박(250)의 양 측면에는 레일(254)이 제공되어 제1 및 제2 베이스(214, 224)에 구비된 바퀴(미도시)가 레일(254)을 따라 이동할 수 있다. 제1 베이스(214)와 제2 베이스(224)의 거리는 선박(250)의 폭보다 작게 정할 수 있음은 물론이다. 구동부(256)는 크레인(200)이 이동할 수 있는 동력을 제공하는 모터(미도시)와 로프 및 윈치를 이용한 와이어 이송 시스템(미도시) 등 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 추가적인 안전을 위하여 바퀴는 레일(254) 상에서 이동이 가능하나 분리되지 아니하도록, 레일(254) 상에서 이송되는 카트 또는 슬라이딩 되는 사무용 책상 서랍과 같은 구조로 설계될 수 있다.The upper portion of the
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(250)은, 상부 바디의 직립 보(240)를 접어 그 높이를 낮출 수 있다. 또한 하부 바디의 높이 조절부(미도시)를 이용하여 제1 및 제2 기둥(210, 220)의 높이를 낮출 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 항해 시에는 크레인의 높이를 낮추어 항해 시의 저항을 감소시키고 교량의 통과를 용이하게 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 구성도이다. 도 9는 도 8의 평형 유지 크레인을 다른 방면에서 바라본 모습을 나타 내는 구성도이다.8 is a configuration diagram showing a structure of a balance maintenance crane according to another embodiment of the present invention. 9 is a configuration diagram showing a state in which the balance maintenance crane of FIG. 8 is viewed from another side.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하부 바디는, 상부 바디의 모멘트가 제로가 되는 지점에서 상부 바디를 지지하며 종방향 이동 가능한 제1 베이스(214)와, 제1 베이스(214)와 간격을 두고 보조 지지대(222)를 지지하며 종방향 이동 가능한 제2 베이스(224)를 포함할 수 있다. 나아가 하부 바디는, 제1 및 제2 베이스(214, 224)가 각각 지지되는 제1 및 제2 수평 보(219, 229)와, 제1 및 제2 수평 보(219, 229)를 지지하는 제1 및 제2 기둥(210, 220)을 포함할 수 있다. 여기서 설명하지 않은 다른 구성요소들은 도 3에 도시된 실시예와 유사한 구조와 기능을 가지고 구현될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에 따를 경우, 제1 및 제2 베이스(214, 224)는 각각 제1 및 제2 수평 보(219, 229)를 따라 이동 가능하므로, 하부 바디는 이동하지 않고 상부 바디만을 이동시키면서 하역 작업이 가능하게 된다.According to another embodiment of the present invention, the lower body supports the upper body at a point where the moment of the upper body becomes zero, and is spaced apart from the longitudinally movable
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 평형 유지 크레인 및 선박의 작동 방법에 대하여 상세히 설명한다.도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 다른 컨테이너선과의 사이에서 하역 작업을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.Hereinafter, a method for operating a balance crane and a ship according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 10 shows a state in which a ship according to an embodiment of the present invention performs an unloading operation between other container ships. Drawing.
도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 크레인(200)이 구비된 선박(250)의 측면과 컨테이너선(S)의 측면이 접안하고, 선박(250)에 설치된 크레인(200)을 컨테이너선(S) 방향으로 길게 뻗어 컨테이너, 즉 화물(C)의 하역 작업을 수행한다. 트롤리(238)가 화물(C)을 적재하여 수평 구조물(230)을 따라 이동하며, 밸런스(136)는 상부 바디의 모멘트가 제로가 되도록 유지시킨다.As shown, the side of the
선박(250)은 해상의 바람, 파랑, 또는 조류 등의 영향으로 인해 요동한다. 요동에는 히빙, 롤링 또는 피칭 등이 있으며, 이러한 요동에도 불구하고 크레인(200)의 수평상태 또는 트롤리(238)의 절대적 수평위치를 유지해야 화물(C)의 하역 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.예를 들어 선박(250)의 피칭이 있더라도 크레인(200)은 피칭이 없도록 하고자 한다. 제어부는 선박(250)의 피칭을 감지하여 보조 지지대(222)를 구성하는 유압 실린더의 유압을 조절함으로써 수평 구조물(230)이 수평을 유지하도록 할 수 있다. 마찬가지로 제어부의 작용에 의하여 보조 지지대(222)는 선박(250)의 롤링 운동에 대응하여 수평 구조물(230)의 수평상태가 유지되도록 높이 제어되거나, 선박(250)의 히빙 운동에 대응하여 트롤리(238)의 수직방향위치가 유지되도록 높이 제어될 수 있다.The
한편 해상에서 하역의 대상이 되는 컨테이너선(S)도 파랑 및 바람의 영향을 받아 요동하게 된다. 이때, 트롤리(238)가 해상에서 하역의 대상이 되는 컨테이너선(S)에서 컨테이너, 즉 화물(C)을 들어올리거나 내려놓을 때는 컨테이너선(S)과 트롤리(238)의 상대운동을 보조 지지대(222)를 조절하여 제거할 수 있고, 화물(C)을 선박(250)에서 들어올리거나 내려놓을 때에도 역시 보조 지지대(222)를 조절하여, 트롤리(238)와 선박(250)의 상대운동을 제거할 수 있다.On the other hand, the container ship S, which is the object of unloading at sea, also fluctuates under the influence of blue and wind. At this time, when the
본 발명의 실시예에 따른 크레인을 설치한 선박에 의하면, 선박의 피칭, 롤링 또는 히빙 등의 운동에 대응하여 크레인의 수평상태 및 수직방향위치가 제어되도록 하여 다른 컨테이너선과의 안정적인 화물 하역이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 선박은, 깊은 수심이 필요한 컨테이너선의 화물 운송을 효율적으로 처리할 수 있고 이동 항구로서 기능할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.According to the ship equipped with a crane according to an embodiment of the present invention, the horizontal and vertical position of the crane is controlled in response to the movement of the ship, such as pitching, rolling or heaving, so that stable cargo unloading with other container ships is possible. do. The vessel according to the present invention can efficiently handle the cargo transportation of container ships requiring deep water depth and can function as a mobile port, thereby contributing to strengthening future port system competitiveness.
이상 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 명백하다.As mentioned above, although specific embodiment of this invention was described, this is only an illustration and this invention is not limited to this, It should be interpreted that it has the broadest range based on the basic idea disclosed in this specification. Those skilled in the art can change the material, size, etc. of each component according to the application field, it is possible to implement a pattern of the shape not shown by combining or replacing the disclosed embodiments, but this is also not departing from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, it is apparent that such changes or modifications are included in the scope of the present invention.
도 1은 종래 특허에서 도시된 이동항구의 개략적인 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a schematic view of a mobile port shown in the prior patent.
도 2는 제로 모멘트 포인트를 이용한 평형 유지의 개념을 보여주는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the concept of equilibrium maintenance using zero moment points.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing the structure of the balancing crane according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 측면도이다.4 is a side view illustrating the structure of the balancing crane of FIG. 3.
도 5는 도 4의 평형 유지 크레인의 상부 바디의 구조를 도시하는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the structure of the upper body of the balancing crane of FIG.
도 6은 도 3의 평형 유지 크레인이 변형된 모습을 나타내는 측면도이다.6 is a side view showing a state in which the equilibrium crane of Figure 3 is modified.
도 7은 도 3의 평형 유지 크레인이 장착된 선박의 구조를 도시하는 구성도이다.FIG. 7 is a configuration diagram showing the structure of a ship equipped with the equilibrium crane of FIG. 3.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평형 유지 크레인의 구조를 도시하는 구성도이다.8 is a configuration diagram showing a structure of a balance maintenance crane according to another embodiment of the present invention.
도 9는 도 8의 평형 유지 크레인을 다른 방면에서 바라본 모습을 나타내는 구성도이다.9 is a configuration diagram showing a state in which the balance maintaining crane of FIG. 8 is viewed from another direction.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 다른 선박과의 사이에서 하역 작업을 수행하는 모습을 나타내는 도면이다.10 is a view showing a state in which the vessel according to an embodiment of the present invention performs the unloading operation between the other vessels.
<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>
60: 하부 바디 65: 바디 조인트60: lower body 65: body joint
68: 진동 절연부 70: 상부 바디68: vibration insulation 70: upper body
75: 바디 지지대75: body support
200: 크레인 210, 220: 제1, 제2 기둥200:
214, 224: 제1, 제2 베이스214, 224: first and second base
217: 지지 조인트 219, 229: 제1, 제2 수평 보217: support joints 219 and 229: first and second horizontal beams
222: 보조 지지대222: auxiliary support
230: 수평 구조물 231: 다단 보230: horizontal structure 231: multistage beam
236: 밸런스 238: 트롤리236
239: 보강 빔239: reinforcement beam
240: 직립 보 242: 힌지240: upright beam 242: hinge
244: 로프 246: 윈치244: rope 246: winch
250: 선박 252: 플랫폼250: ship 252: platform
254: 레일 256: 구동부254: rail 256: drive unit
C: 화물 S: 컨테이너선C: Cargo S: Container Ship
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160328 Year of fee payment: 7 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |