KR20190018421A - 소형 부하체의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 보상 장치 - Google Patents

소형 부하체의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 보상 장치 Download PDF

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KR20190018421A
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Abstract

본 발명은 케이블 호이스트(202)를 사용하여 취급될 수 있고 케이블 호이스트의 케이블(216)에 부착되는 부하체(206)의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 보상 장치(200)에 관한 것으로서, 상기 부하체의 각각의 지정 가능한 목표 위치는 비의도적으로 목표 위치로부터 벗어난 실제 위치로 변경된다. 상기 보상 장치는 부하체(206)의 각각의 실제 위치를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치(240, 242); 케이블 호이스트(202)의 케이블 길이를 지정하기 위한 회전 구동부(226, 228, 230); 및 상기 부하체(206)가 그 목표 위치를 다시 취할 때까지 상기 각각의 실제 위치가 검출된 후에 상기 케이블 길이를 변경하는 적어도 하나의 제어기(244)로 이루어진다. 각각의 구동부(226, 228, 230)는 반대 회전 방향을 갖는 적어도 하나의 유압 모터(226, 228, 230)에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있으며, 상기 모터는 작동 중에 상이한 압력 수준을 갖는 적어도 2개의 압력 챔버들(250, 252)을 구비함으로써, 각각의 유압 모터(226, 228, 230)에 대한 구동 섹션(248)을 형성하며 제어기(244)에 의해 작동될 수 있는 작동 장치(246)에 연결된다.

Description

소형 부하체의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 보상 장치
본 발명은 케이블 호이스트에 의해서 조작될 수 있는 부하체(load)의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 재생식 보상 장치에 관한 것으로서, 상기 부하체는 상기 호이스트의 케이블에 부착되고, 상기 부하체는 간섭 요소들로 인하여 그 지정 가능한 목표 위치를 편차나는 실제 위치로 비의도적으로 변경하고, 상기 보상 장치는 상기 부하체의 각각의 실제 위치를 직접 또는 간접 검출하기 위한 적어도 하나의 센서 장치; 상기 케이블 호이스트로부터 유효 케이블 길이를 제공하기 위한 회전 구동부; 및 상기 부하체의 각각의 실제 위치의 검출 후에 상기 부하체가 그 지정된 목표 위치를 다시 취할 때까지 상기 유효 케이블 길이를 변경하는 적어도 하나의 제어 장치로 이루어진다.
이를 위한 종래 기술의 해결 방안은 도 1에 부분 개략적으로 도시된다. 상기 보상 장치는 양호하게는 일반 케이블 호이스트를 사용하여 부하 케이블에 부착된 부하체의 리프팅 및 하강이 요구되는 경우에 사용된다. 상기 부하체 또는 재료의 수송은 자연적으로 증가한 풍력 부하, 증가한 파도 작용 또는 예를 들어, 도크야드 크레인 시스템의 일부로서 고정 설치될 수 있거나 또는 종종 이동가능한 기계 또는 화물 선박의 일부와 연계되어 이동하는, 케이블 호이스트의 작동 중에 발생할 수 있는 것과 유사하거나 또는 평탄하지 않은 바닥과 같은 다른 간섭 요소와 같은 간섭 요소들에 영향을 받는다.
부하체를 수송하기 위하여, 각각의 케이블 호이스트에는 일반적으로 사용되는 종류의 케이블 윈치가 제공되고, 상기 케이블 윈치에는 케이블을 권취 및 권취해제하기 위한 회전 구동부로서 작용하는 역전가능한 전기 또는 유압 모터가 제공된다. 부하체의 지정 가능한 목표 위치들에서의 일반적인 부하체 리프팅 작동이 이제 서두에 기술된 간섭 요소들에 의해서 겹쳐지면, 예를 들어, 케이블 호이스트가 설치된 화물 선박은 다소의 강한 파도 작용을 받기 때문에, 케이블을 통한 케이블 호이스트에 부착된 부하체는 공지된 보상 장치가 없다면 목표 위치로부터 편차가 나는 실제 위치를 취함으로써 실시간으로 파도 작용을 따르고, 예를 들어, 선창 또는 해저와 같은 단단한 지면 상으로 하강할 때 손상될 수 있다. 따라서, 케이블에 부착된 부하체의 자유 하강 경로는 단축되거나 또는 연장되고, 그 유효 길이는 화물 선박이 케이블 호이스트에서 각각의 파도 작용을 따르는 즉시 케이블 드럼으로부터 권취해제된 케이블의 자유 길이에 의해서 한정된다.
이 문제를 해결하기 위하여, 도 1에 개략적으로 도시된 공지된 해결방안은 케이블 상의 부하체의 각각의 실제 위치가 산업계에서 "Motion reference Unit(MRU)"로 칭하는 센서 장치에 의해서 적어도 간접적으로 검출되는 구성을 제공한다. 컴퓨터 또는 제어 장치에 의하여 지정 가능한 목표 위치와 상기 실제 위치를 비교한 후에, 유효 케이블 길이는 보상 장치에 의해서 필요할 때 단축되거나 또는 연장된다. 보상 장치의 일부는 대체로 피스톤 로드를 갖는 유압 실린더 형태의 액추에이터이고, 피스톤 로드의 자유 단부는 케이블 윈치로부터 나오는 케이블이 이동하는 회전가능한 안내 풀리와 끼워진다. 후퇴 또는 연장되는 피스톤 로드를 통해서, 유효 케이블 길이는 상술한 간섭 요소들의 보상이 이러한 방식으로 가능해지도록 각각 연장되거나 또는 단축될 수 있다.
따라서, 유효 케이블 길이의 단축 또는 연장은 목표 위치로부터 실제 위치의 큰 편차에 대해서 동력 실린더의 비교적 긴 듀티 행정이 요구되도록 피스톤 로드 유닛을 연장 또는 후퇴시킬 때 이동 거리에서 독점적으로 의존한다. 따라서, 이를 달성하기 위하여, 유압 펌프들을 포함하는 대형 유압 동력 실린더들은 실제 케이블 호이스트의 인근에서 대응하게 큰 설치 공간을 요구하는 실제 적용 시에 종종 사용된다. 대응하는 유압 회로에서 순환되어야 하는, 유압 펌프에 의해서 동력 실린더의 작동에 필요한 대량의 유압 유체로 인하여, 보상 장치의 전체 효율은 비교적 낮게 등급설정되어야 한다. 더우기, 케이블은 적어도 동력 실린더의 안내 풀리가 보상 공정을 위해 이동하는 섹션에서 증가한 마찰 마모를 겪으며 케이블은 재지향된다. 유압 시스템에 의해서 제어되는, 동력 실린더의 후퇴 및 연장을 각각 보상하기 위해서는 많은 시간이 요구되고, 따라서 대량의 유체가 이동되어야 하기 때문에, 공지된 해결방안은 유효 케이블 길이에서 즉각 보상 공정을 실행하기에 적합하지 않고, 이는 작동 및 기능 안전성 뿐 아니라 위치 정확성을 손상시킨다. 치수 및 하중 뿐 아니라 기능으로 인하여, 공지된 보상 장치는 기본적으로 대형 설비에서 사용하기에만 적합하다. 이미 기존의 플랜트 또는 기계 부품들은 합리적인 노력으로 이러한 보상 장치로 재개장될 수 없다.
상기 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 상술한 단점들을 회피하는 개선된 보상 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징부를 갖는 보상 장치에 의해서 충족될 수 있다.
청구항 1의 특징부에 따른, 각각의 회전 구동부는 유체 안내 방식으로 작동 장치에 연결되는 적어도 하나의 양방향 유압 모터에 의해서 적어도 부분적으로 제어되고, 상기 작동 장치는 각각의 유압 모터에 대한 구동 수단을 형성하면서, 작동 중에 상이한 압력 수준에 있는 서로 분리된 적어도 2개의 압력 챔버들을 구비하고 제어 장치에 의해서 작동될 수 있다는 사실 때문에, 현대식 유압 모터 구동 개념은 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 유압 동력 실린더를 갖는 구동 개념과 비교할 때 양호한 효율 및 동력 반응을 제공하는, 단지 소량의 구동 유체만이 순환될 필요가 있는 케이블 호이스트의 직접 구동된 케이블 윈치에 대해서 기술된다. 각각의 유압 모터는 동력 실린더에서 사용된 상기 안내 풀리와 같이 개별 케이블 안내부를 갖지 않고 오히려 예를 들어, 유압 클러치에 의해서 케이블 호이스트의 케이블 윈치의 회전 구동부에 직접 작동하거나 또는 그 전체 구동 모듈을 형성하기 때문에, 케이블 윈치만을 통해서 저마모 케이블 안내부가 달성되고, 상기 윈치는 임의의 경우에 요구된다. 대응하게 큰 윈치 직경을 사용함으로써, 특히 케이블에서 케이블 마찰을 감소시키므로 마모를 최소화할 수 있다.
유압 모터는 케이블 윈치와의 직접 결합으로 인하여 작동 장치의 각각의 압력 챔버들을 통해서 직접 제어되기 때문에, 케이블에 필요한 보상 작용은 지연없이 달성될 수 있고, 이는 작동 및 기능 신뢰성 뿐 아니라 본 발명에 따른 보상 장치의 위치 정확성을 증가시킨다. 작동 장치를 갖는 유압 모터를 포함하는 제어 장치 및 센서와 같은 부품들을 갖는 보상 장치의 모듈형 디자인으로 인하여, 기존의 플랜트 또는 설비를 비용 효과적 방식으로 용이하게 재개장할 수 있고 공간 절약 방식으로 케이블 드럼의 인근에 케이블 호이스트에 직접 설치할 수 있다. 종래 기술에서는 이와 동등한 구성이 없다.
특히 유리한 방식에서, 작동 장치의 구동 수단은 적어도 하나의 액추에이터에 의해서 작동될 수 있다. 작동 장치의 서로 분리된 적어도 2개의 압력 챔버들은 하나 또는 다른 압력 챔버가 하나 또는 다른 회전 방향으로 각각의 유압 모터를 각각 구동시키도록 작용하는 방식으로 그리고 각각의 유압 모터를 구동시키는데 현재 사용되지 않는 압력 챔버가 상기 구동부가 작동될 때 후속 방출 공정에 대한 변위된 유체를 취하는 방식으로 각각의 유압 모터에 대한 각각의 유체 연결부를 가진다. 작동 장치를 유압 모터를 구동시키는 구동 수단 및 구동 수단을 구동시키는 액추에이터로 기능적으로 분리하면, 액추에이터의 디자인 및 크기설정에 대하여 기술적으로 상이한 해결방안을 사용할 수 있다. 유압 작동식 동력 실린더 형태의 액추에이터의 양호한 이행형태에 추가하여, 이는 또한 스핀들 구동부를 작동시키는 유압 모터 또는 전기 모터를 통해서 이행될 수 있다.
특히 유리한 디자인에서, 제어 장치는 공급원으로부터의 작동 압력을 사용하는 반대 회전 방향으로 액추에이터를 제어하는데 사용되는 적어도 하나의 밸브 장치를 구비한다. 다른 구동부, 특히 전기 구동부와 비교되는, 유체 구동식 유압 동력 실린더로서 설계된 액추에이터는 작동 장치의 구동 수단을 제어할 때 가능한 급속한 방향 변화를 행한다.
특히, 유리한 예시적 실시예에서, 센서 장치는 적어도 하나의 자이로스코프 및/또는 관성 기반 센서 및/또는 위성 기반 항법 장치를 구비한다. 이러한 센서 및 장치는 비교적 저렴하게 얻을 수 있지만, 확실성을 가지고 각각의 부하체 위치를 결정하기에 충분히 정확하다. 이러한 종류의 센서들은 그 방위 및 위치를 감시하기 위하여 현장, 예를 들어, 화물 선박의 보드에서 이미 종종 사용되어서, 또한 각각의 수송 수단에 대한 케이블에 매달린 부하체의 위치를 검출하기 위하여 상기 센서들을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 보상 장치의 양호한 실시예에서, 구동 수단 및 액추에이터는 작동 장치의 공통 하우징 내에 안내되는 적어도 하나의 피스톤을 구비하고 인접하게 위치한 피스톤들이 결합 장치를 통해서 서로 작동식으로 연결되는 구성이 제공된다. 또한 예를 들어, 유압 결합 장치를 통해서 서로 작동 연결될 수 있는 상기 구동 수단을 작동시키고 제어하기 위한 액추에이터를 통하여 유압 모터를 제어하기 위한 작동 장치에 의해서 구동부의 공간적으로 분리된 장치를 제공하는 대신에, 이들은 양호하게는 공간 절약 방식으로 공통 액추에이터 하우징에서 조합될 수 있다. 이러한 예에서, 결합은 양호하게는 공통 피스톤 로드를 통해서 기계적으로 이루어진다. 이러한 방식에서, 구동 수단 뿐 아니라 작동 장치의 액추에이터는 유압 작동식 동력 실린더로서 제공된다. 이러한 디자인은 보상 장치의 비용 효과적이고 기능적으로 신뢰성있는 구현을 제공한다.
본 발명에 따른 보상 장치의 추가 양호한 실시예에서, 양호하게는 동일한 외경을 갖는 피스톤 로드 유닛의 개별 피스톤들이 작동 장치의 하우징을 적어도 부분적으로 변하는 압력 수준 및 용적을 갖는 적어도 4개의 압력 챔버들로 분할하고 구동 수단 및 액추에이터에 직접 할당되는 구성을 제공한다. 각각의 피스톤들은 상기 압력 챔버들을 제한하고 하나 또는 다른 반대 방향으로 피스톤 로드 유닛에 의해서 동시 변위 가능하기 때문에, 압력 수준의 변화는 피스톤 이동으로 즉, 피스톤 및 피스톤 로드 및 반대로 직접 전달되어서, 케이블 호이스트의 케이블 윈치의 유압 모터에 대한 즉각적인 제어 작용들이 가능하다.
본 발명에 따른 보상 장치의 특히 양호한 실시예에서, 작동 장치의 추가 압력 챔버는 액추에이터를 갖는 구동 수단을 지정 가능한 이동 방향으로 이동시키고 구동 수단에서 힘의 균형을 이루기 위하여 대상물과 함께 유압 축압기와 같은 에너지 저장부에 의해서 사전적재되는 구성이 제공된다. 임의의 간섭 요소들이 전체 설비에 영향을 미칠 때, 방출된 유체 용적이 추가 압력 챔버를 통해서 저장되고 그 연결된 유압 축압기는 후속 공정 단계에서 재사용된다. 특히, 고부하 상태에서 케이블 윈치를 시동할 때 또는 간섭 요소들이 전체 설비에 영향을 미칠 때, 그 연결된 유압 축압기를 갖는 추가 압력 챔버는 무 저크 동작(jerk free operation)을 보장하고 각각의 변위 이동에서 작동 장치의 피스톤 로드 유닛을 완충함으로써 부착된 케이블 윈치의 작동 시에 유압 모터의 전체 이동에서의 대응 완충 효과를 발생시킨다.
상술한 바와 같이, 임의의 용적의 유체를 저장할 수 있고, 이는 또한 이러한 종류의 장치에 의한 다른 계류중인 해결방안에 대해서 유리할 수 있다. 회전식 케이블 윈치를 갖는 구동부의 하나의 장점은 작동 시에 필요한 입방 용량을 달성하기 위해 단일 구동 유닛 안으로 하나 이상의 가변 변위 모터를 조합할 수 있는 가능성이다. 이는 또한 필요한 부하 압력차를 축압기 내의 압력에 근접하게 할 가능성에 대해서도 열려 있고, 이는 필요한 액추에이터 동력을 최소화하면서 전체 효율을 증가시키도록 유도한다.
고정된 최적의 축압기 압력은 사전선택될 수 있고 고부하시에 각각의 회전 구동부의 전체 입방 용량은 상향으로 조정되고 다른 한편으로 가벼운 부하 시에, 하향으로 조정되지만, 항상 부하 압력은 축압기 압력 평형 상태에 근접할 수 있다. 이는 예를 들어, 부착된 부하체가 물 표면을 통과할 때 부력으로 인하여 또는 권취된 케이블 길이의 질량으로 인하여 계류중인 부하가 변하는 상태에서 리프팅 공정 중에 축압기 압력을 보정할 필요가 없는 장점을 가진다. 설치된 축압기 에너지는 항상 완전히 사용될 수 있다. 가벼운 부하에 대해서 요구되는 회전 변위가 작을 수록, 동일 축압기 용적을 갖는 케이블 윈치에서 더욱 많은 보상 회전이 달성될 수 있다. 이 방식에서, 가벼운 부하들은 긴 이동 경로들에 걸쳐 보정될 수 있다.
본 발명에 따른 보상 장치의 추가 양호한 실시예에서, 작동 장치의 하나의 압력 챔버가 고압 모드에서 작동되고, 반대로 구동 수단의 적어도 하나의 다른 압력 챔버가 저압 모드에서 작동되는 구성이 제공된다. 비록, 보상 장치가 작동할 때, 저압 모드의 작동 압력은 크게 상승할 수 있고, 고압 모드의 작동 압력은 그에 따라 감소되어서, 증가한 구동 토크가 이 방식에 제공되기 때문에, 이러한 하위분할은 케이블 호이스트에 의해서 특히 부하체의 리프팅을 더욱 용이하게 한다. 더우기, 주로 저압 모드에서 작동되는 압력 챔버가 양호하게는 저압 축압기에 영구적으로 연결되는 구성이 제공되는 것이 바람직하다. 이 방식에서, 케이블 윈치 구동부에 대한 유압 구성요소들에 비록 동력 반전 동작 중에 조차 충분한 양의 유체가 공급되도록 작동 장치의 압력 챔버들에 대한 작동 유체 용적 및 압력을 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 보상 장치의 추가의 특히 양호한 실시예에서, 작동 장치는 액추에이터 및/또는 구동 수단의 위치를 검출할 수 있게 하는 위치 감지 장치를 구비하고, 제어기는 프로세서 유닛에 의해서 상기 위치를 고려하여 각각의 액추에이터를 제어한다. 작동 장치의 피스톤 로드 유닛의 위치는 감지 장치에 의해서 검출될 수 있기 때문에, 관련 프로세서 유닛을 갖는 제어기는 피스톤 로드 유닛의 현재 실제 위치를 검출할 수 있고 제어 공정이 각각의 목표 부하체 위치를 향하여 실제 부하체 위치를 보정하는데 이 현재 실제 위치를 사용한다.
본 발명에 따른 보상 장치의 추가 양호한 실시예에서, 각각의 유압 모터는 구동 수단의 각각의 압력 챔버에 의해서 압력을 인가할 때 중첩되는 유압 구동 및 제동 유닛을 통해서 양자의 반대 회전 방향들로 가속 및 감속될 수 있다. 이 방식에서, 케이블 윈치에 의한 부하체 주요 부분의 리프팅 및 하강 공정은 구동 및 제동 유닛을 통해서 달성될 수 있고 추가 유압 모터는 목표 부하체 위치를 유지하기 위해 보상 공정을 착수하는 공정을 배타적으로 가진다. 따라서, 유압 모터는 대응하게 작게 크기설정될 수 있고 케이블 윈치의 보상 및 반전 동작에 대해서 단지 소량의 유체 용적만을 필요로 한다. 이로부터 구동 수단을 갖는 작동 장치 및 상이한 압력 수준을 갖는 압력 챔버가 또한 보상 유압 모터를 효과적으로 작동시키기 위하여 단지 소량의 작동 유체 용적만을 공급할 필요가 있다는 구성이 따른다.
케이블 호이스트는 특히 도크야드 크레인 시스템의 일부로서 또는 간섭 요소들에 영향을 받는 설치 위치부의 일부로서, 특히 선박 또는 컨베이어 플랫폼 형태의, 특히 파도 작용에 영향을 받는 부유 수송 수단으로서 고정 설치될 수 있다. 더우기, 이동형 크레인, 케이블 작동식 포크리프트 또는 다른 리프팅 장치와 같은 적어도 비교가능한 케이블 호이스트와 함께 설치되는 보상 장치가 차량에 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 장점은 하기 설명 및 도면에서 명확해질 것이다. 도면은 실적으로 개략적으로 도시된다.
도 1은 케이블을 안내하기 위하여 단부에 안내 풀리를 갖는 유압 구동 실린더를 포함하는 종래 기술의 보상 장치의 개략도.
도 2는 화물 선박에서 케이블 호이스트의 일부로서 본 발명에 따른 보상 장치를 도시하며, 장치의 일부가 유압 회로도의 형태로 도시되는 도면.
종래 기술의 보상 장치(100)의 단면은 도 1에 도시된다. 상기 장치는 대체로 들어올려질 부하체(106)와 케이블 윈치(104) 사이의 케이블 호이스트(102)에 배치된다. 상기 보상 장치(100)는 피스톤/실린더 유닛(108)을 포함하고, 안내 풀리(114)가 피스톤 로드(112)의 자유 단부(110)에 부착된다. 상기 보상 장치(100)에 의해서, 피스톤 로드(112)의 이동 경로를 통해서 상향 또는 하향의 특정량 만큼 케이블(116)을 휘게 할 수 있다. 케이블(116)에 대한 풀리(118)는 피스톤/실린더 유닛(108) 전후에 배치된다. 피스톤/실린더 유닛(108)을 적절하게 제어함으로써, 케이블(116)의 유효 길이는 보상 장치(100)가 피스톤 로드(112)를 연장시키는 것을 통해서 후에 감소될 수 있고, 상기 케이블 길이는 다시 피스톤 로드를 후퇴시키는 것을 통해서 연장될 수 있다. 이는 비록 케이블(116)의 마모 및 파열은 말할 것도 없고, 설비 및 제어를 위해 비교적 큰 비용이 요구되지만, 풍력 부하 또는 파도 작용에 의해서 유발될 수 있는 임의의 간섭 요소들에 대해서 제한된 범위를 보상할 수 있게 한다.
도 2는 상술한 장치와 비교하여 개선되는 본 발명에 따른 보상 장치(200)를 도시한다. 간섭 요소들로 인하여 그 지정 가능한 목표 위치를 이와 편차가 나는 실제 위치로 비의도적으로 변경하는 상기 부하체(206)에 부착된 케이블(216) 및 케이블 호이스트(202)에 의해서 조작되는 부하체(206)의 지정 가능한 목표 위치들을 유지하기 위해서 상기 보상 장치(200)가 제공된다.
본 예에서, 케이블 호이스트(202)는 간섭 요소들에 영향을 받는 설치 위치부(220)의 일부, 특히 파도 작용에 영향을 받는 선박 형태의 부유 수송 수단이다. 케이블 호이스트(202)는 선박(220)의 구조체의 일부로서 제공되고 해저부(222)로부터/해저부로의 부하체(206)를 리프팅 및 하강시키도록 작용한다. 케이블 호이스트(202)는 케이블(216)이 다시 권취 및 권취해제될 수 있는 케이블 윈치(204)를 구비한다. 케이블 윈치(204)로부터 개시되는, 케이블(216)은 풀리(224)를 통해서 부하체(206)로 연장된다. 일반적인 바와 같이, 다수의 풀리 및 붐(boom) 뿐 아니라 후크 또는 다른 결합 장치는 간소화를 위하여 개략도에서 포함되지 않은 케이블 호이스트(202)의 일부로서 제공될 수 있다.
케이블 윈치(204)는 하나의 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 유압 모터(226, 228, 230)에 의해서 작동될 수 있다. 예로서, 도 2는 총 3개의 유압 모터(226, 228, 230)를 도시한다. 이중에서 적어도 하나는 항상 케이블 윈치(204)를 구동시키기 위해 제공된다. 유압 모터(226, 228, 230)는 그 변위에서 서로 상이하다. 도면의 중심에 도시된 유압 모터(228)는 고정 변위를 갖는다. 좌측에 도시된 유압 모터(226)는 단계적 변위를 가지며 우측의 유압 모터(230)는 무한 가변 변위를 가진다. 각각의 유압 모터(226, 228, 230)는 2개의 유체 라인(232,234)을 통해서 4 상한 모드(four quadrant mode)에서 작동되는 유압 펌프(236)에 연결된다. 케이블 호이스트(202)의 신뢰적 제어를 위하여 센서들 및/또는 밸브들을 갖는 각각의 유압 모터(226, 228, 230) 및 유압 펌프(236) 사이의 유체 라인들(232,234)에는 안전 장치(238)가 연결될 수 있다.
부하체(206)의 상승 및 하강은 상술한 케이블 호이스트(202)에 의해서 가능해진다. 그러나, 화물 선박(220)의 위치 및 방위는 파도 작용 또는 풍력 부하로 인하여 변할 수 있다는 문제가 있다. 상기 변화된 방위 또는 위치는 케이블 호이스트(202)를 통해서 부하체(206)에 전달되어서, 부하체는 또한 계속해서 해저(222) 상에서 그 위치 및 특히 그 높이를 변화시킨다. 따라서, 부하체(206)를 해저(222)로 정확하게 떨어뜨리는 것은 매우 어렵지만, 불가능하지는 않다.
이를 극복하기 위해, 본 발명에 따른 보상 장치(200)가 제공된다. 보상 장치(200)는 부하체(206)의 각각의 실제 위치의 직접적 또는 간접적 검출을 위한 센서 장치(240,242), 케이블 호이스트(202)의 유효 케이블 길이를 인출하기 위해 각각의 유압 모터(226, 228, 230)에 의해서 구동된 케이블 윈치(204) 형태의 회전 구동부, 및 부하체(206)가 그 지정된 목표 위치를 다시 얻을 때까지 부하체의 각각의 실제 위치의 검출 후에 유효 케이블 길이를 변화시키는 제어 장치(244)를 포함한다. 본 발명에 따른 회전 구동부는 작동 장치(246)에 대한 유체 연결부를 갖는 반대 회전 유압 모터(226, 228, 230)에 의해서 제어될 수 있다. 각각의 유압 모터(226, 228, 230)에 대한 구동 수단(248)을 형성하는 동안, 작동 장치(246)는 제어 장치(244)에 의해서 제어될 수 있고 작동 시에 상이한 압력 수준들을 갖는 서로 분리된 적어도 2개의 압력 챔버들(250,252)을 포함한다.
작동 장치(246)는 어느 것이 작동하는지에 따라서 유압 펌프(236)에 평행하게 대응 유체 라인(254,256)을 통해서 유압 모터(226, 228, 230)에 연결된다. 각각의 유압 모터(226, 228, 230)는 구동 수단(248)의 각각의 압력 챔버들(250, 252)로부터 인가된 압력에 의해서 그리고 케이블 호이스트(202)의 유압 펌프(236) 형태의 유압 구동 및 제동 유닛에 의해서 중첩된 양자의 반대 회전 방향들로 각각 가속 또는 감소될 수 있다.
작동 장치(246)는 구동 수단(248) 및 액추에이터(258)를 갖는 3중 피스톤으로서 구현된다. 작동 장치(246)는, 도면에서 상부 섹션(260)은 고압 섹션으로 칭하고 중심 섹션(262)은 저압 섹션으로 칭하고 하부 섹션(264)은 액추에이터 섹션으로 칭하는, 3개의 섹션들(260,262,264)로 전체적으로 분할된다. 각각의 섹션(260 내지 264)은 공통의 내압 하우징(272) 내에서 피스톤(266,268,270)을 가지며, 피스톤들(266,268,270)은 공통 피스톤 로드(274)에 의해서 서로 연결되고 분리된다. 섹션(260 내지 264)은 분리 벽들(276,278)을 통해서 서로로부터 누설 방지식으로 분리되고 피스톤 로드(274)는 그 섹션들을 통과한다. 따라서, 구동 수단(248) 및 액추에이터(258)는 작동 장치(246)의 공통 하우징(272)에서 안내되는 피스톤들(266,268,270)을 각각 구비하고, 인접 피스톤들(266,268,270)은 피스톤 로드(274) 형태의 결합 장치를 통해서 서로 작동식으로 연결된다. 피스톤 로드 형태의 결합 장치(274)는 작동 장치(246)의 하우징(272) 내에서 안내되는 각각의 피스톤들(266,268,270)과 함께 전체적으로 피스톤 로드 유닛(280)을 형성한다. 양호하게는, 동일한 외경을 갖는 피스톤 로드 유닛(280)의 피스톤들(266,268,270)은 작동 장치(246)의 하우징(272)을 총 6개의 압력 챔버들(250, 252, 282, 284, 286, 288)로 분할한다.
작동 장치(246)의 서로 분리된 2개의 압력 챔버들(250, 252)은 하나 또는 다른 하나의 압력 챔버(250, 252)가 하나 또는 다른 하나의 반대 회전 방향으로 각각 상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)를 구동시키도록 작용하는 방식으로 그리고 상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)를 구동시킬 때 결합되지 않는 상기 압력 챔버(250, 252)가 후속 방출 공정에 대해서 상기 구동 공정에 의해서 변위된 유체를 취하는 방식으로 연계가능한 유압 모터(226, 228, 230)에 대한 유체 연결부를 각각 가진다. 작동 장치(246)의 구동 수단(248)의 추가 압력 챔버(282)는 컨테이너 형태의 에너지 저장부(290)에 의해서 사전 적재되고 따라서 액추에이터(258)를 갖는 피스톤 로드 유닛(280)을 지정 가능한 이동 방향으로 이동시키는 것을 목표로 한다. 이를 위해, 압력 챔버(282) 및 에너지 저장부(290)는 지정 가능한 사전 적재에 의해서 질소(N2) 형태의 작동 가스로 충전된다. 따라서, 작동 장치(246)의 추가 압력 챔버(282)는 일종의 고압 모드에서 작동될 수 있고, 반대로 구동 수단(248)의 다른 추가 압력 챔버(284)는 일종의 저압 모드에서 작동되고 환경(U)에 대해서 개방된다. 저압 저장부(290)는 압력 챔버(252)에 영구적으로 연결된다. 상기 저압 모드(292)는 압력 챔버(252) 및 유체 라인(254)에서 충분히 높은 압력 수준을 유지하고 가능한 공동화를 방지하는 목적을 가진다.
작동 장치(246)의 구동 수단(248)은 액추에이터(258)에 의해서 작동될 수 있다. 밸브 장치(294)를 갖는 제어 장치(244)는 액추에이터(258)를 제어하기 위해 제공되고, 상기 액추에이터에 의해서 공급 유닛(296)의 공급 압력이 반대 이동 방향으로 액추에이터(258)에 인가될 수 있다. 공급 유닛(296)은 탱크(300)로부터 유압 유체를 인출하는 유압 펌프(298)를 포함한다. 하이드로 공압 저장부(302)는 평형 버퍼로서 유압 펌프(298) 및 밸브 장치(294) 사이에 삽입된다. 밸브 장치(294)는 4/3 방향 비례 밸브 형태를 취한다. 도면에 도시된 바와 같이, 밸브 장치(294)의 좌측 스위치 위치에서, 유체가 탱크(300)의 방향으로 반대 피스톤측 압력 챔버(288)로부터 멀리 유동할 수 있는 동안, 유압 펌프(298)는 액추에이터(258)의 로드측 압력 챔버(286) 안으로 유체를 공급한다. 이 스위치 위치에서, 피스톤 로드 유닛(280)은 하우징 내에서 하강한다. 우측 스위치 위치에서, 액추에이터(258)의 양자의 압력 챔버들(286,288)에는 유압 유체가 공급된다. 액추에이터(258)의 피스톤(270)의 로드측(304)에서 압력 활성 영역으로 인하여, 이는 피스톤 로드 유닛(280)의 리프팅을 유도한다. 중심 중립 위치에서, 액추에이터(258)의 양자의 압력 챔버들(286,288)은 제한부(305)를 통한 탱크(300)에 대한 유체 연결부 뿐 아니라 제한부(305)를 통해 서로에 대한 유체 연결부를 가진다. 액추에이터(258)는 이러한 스위치 위치에서 불활성이다. 밸브 장치의 밸브 피스톤(306)은 단부에 제공된 스프링(308)를 통해서 중간 중립 위치에서 중심이 맞추어진다. 제어 장치(244)에 의해서 밸브 피스톤(306)의 요구된 스위치 위치들을 세팅하기 위하여, 전자기 작동 장치(310)가 제공된다.
안전 장치(312)는 밸브 장치(294) 및 액추에이터(258) 사이의 유체 라인들(314)에 추가로 설치된다. 상기 안전 장치는 액추에이터(258)를 제어하기 위해 추가 센서들 및/또는 밸브들을 구비한다.
제어 장치(244)는 2개의 센서 장치(240,242)와 결합된다. 하나의 센서 장치(2400)는 자이로스코프 및/또는 관성 기반 센서, 특히 가속 센서 뿐 아니라 필요하다면, 추가 위성 기초 위치 검출 장치를 포함한다. 이러한 감지 설비는 케이블 호이스트(202)의 위치 및 방위를 결정할 수 있게 하고 따라서 부하체(206)의 실제 위치를 간접적으로 결정할 수 있게 한다. 작동 장치(246)는 위치 감지 장치(242) 형태의 추가 감지 장치(242)를 포함하고, 상기 추가 감지 장치에 의해서 액추에이터(258) 내의 피스톤 로드 유닛(280)의 위치 및 구동 수단(248)의 위치가 결정될 수 있다. 프로세서 유닛(318)에 의해서 제어 장치(244)는 상기 위치 및 방위 데이터를 고려하여 액추에이터(258)를 제어한다.
본 발명에 따른 보상 장치(200)는 케이블 윈치(204)의 각각의 유압 모터(226, 228, 230)의 케이블 호이스트(202)의 유압 펌프(236)와 평행하게 작용한다. 케이블 호이스트(202)의 유압 회로(320)의 유압 유체는 보상 장치(200)의 작동 장치(246)의 구동 수단(248)의 대응하는 압력 챔버들(250, 252) 안으로 공급될 수 있고, 그 압력 기초 에너지는 대응하는 에너지 저장부(290,292)에서 일시적으로 저장될 수 있다. 반대 작동 방향에서, 에너지는 케이블 호이스트(202)의 유압 모터(226, 228, 230)를 감속 및 가속하기 위하여 작동 장치(246)로부터 에너지 저장부(290,292)에서 방출될 수 있다. 더우기, 작동 장치(246)의 구동 수단(248)은 간섭 요소들을 보상하기 위하여 케이블 호이스트(202)의 유압 모터(226, 228, 230)의 감속 또는 가속을 선택적으로 제어하도록 액추에이터(258)에 의해서 작동될 수 있다. 액추에이터(258)는 센서 장치(240,242)에 의해서 검출된 작동 장치(246) 내의 피스톤 로드 유닛(280) 및 케이블 호이스트(202)의 위치 및 방위와 연계하여 제어 장치(244)에 의해서 제어된다.
따라서, 본 발명에 따른 해결방안은 소량의 작동 또는 구동 유체를 갖는 케이블 호이스트(202)의 직접 구동가능한 케이블 윈치(204)에 대한 현대식 유압 모터 구동 개념을 제안하고, 이는 종래 기술에 비해서 유압 동력 실린더(108)를 사용하여 구동 개념보다 더 큰 효율성을 나타낸다. 각각의 유압 모터는 그 자체의 케이블 안내부, 예를 들어, 동력 실린더(108) 상의 상술한 안내 풀리(114)를 갖지 않고 오히려, 예를 들어, 유압 클러치에 의해서 케이블 호이스트(202)의 케이블 윈치(204)의 회전 구동부(226, 228, 230)에 직접 작용하거나 또는 전체적으로 구동 모듈을 형성하기 때문에, 이미 필요한 케이블 윈치(204)를 통해서만 저마모성의 케이블 안내를 달성할 수 있다. 대응하게 큰 윈치 직경을 사용함으로써, 케이블 마찰은 특히 케이블(216)에서 마모를 최소화하도록 추가로 감소될 수 있다.

Claims (12)

  1. 케이블 호이스트(202)에 의해서 조작될 수 있는 부하체(load;206)의 지정 가능한 목표 위치를 유지하기 위한 보상 장치로서, 상기 부하체는 상기 호이스트의 케이블(216)에 부착되고, 상기 부하체는 간섭 요소들로 인하여 그 지정 가능한 목표 위치를 편차나는 실제 위치로 비의도적으로 변경하고, 적어도
    상기 부하체(206)의 각각의 실제 위치를 직접 또는 간접 검출하기 위한 센서 장치(240, 242);
    상기 케이블 호이스트(202)로부터 케이블(216)의 유효 길이를 제공하기 위한 회전 구동부(226, 228, 230); 및
    상기 부하체(206)의 각각의 실제 위치의 검출 후에, 상기 부하체(206)가 그 지정된 목표 위치를 다시 취할 때까지 상기 유효 케이블 길이를 변경하는 적어도 하나의 제어 장치(244)로 이루어지는, 상기 보상 장치에 있어서,
    각각의 회전 구동부(226, 228, 230)는 적어도 하나의 반대 회전하는 유압 모터(226, 228, 230)에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있으며, 상기 유압 모터는 작동 장치(246)로의 유체 연결부를 가지며, 상기 작동 장치는 작동 시에 상이한 압력 수준들을 갖는 서로 분리된 적어도 2개의 압력 챔버들(250, 252)을 갖는, 각각의 유압 모터(226, 228, 230)에 대한 구동 수단(248)을 형성하며, 상기 제어 장치(244)에 의해 제어 및 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 장치(246)의 구동 수단(248)은 적어도 하나의 액추에이터(258)에 의해서 작동될 수 있는 것과, 상기 작동 장치(246)의 서로 분리된 적어도 2개의 압력 챔버들(250, 252)은 하나 또는 다른 하나의 압력 챔버(250, 252)가 하나 또는 다른 하나의 회전 방향으로 각각 상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)를 구동시키도록 작용하는 방식으로 상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)로의 각각의 유체 안내 연결부를 갖는 것과, 상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)를 구동시키는데 현재 사용되지 않는 상기 압력 챔버(250, 252)는 상기 구동부가 후속 방출 공정에 대해서 작동될 때 변위된 유체를 취하는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 장치(244)는 공급원(296)으로부터의 작동 압력을 사용하여 반대 회전 방향들로 상기 액추에이터(258)를 제어하는데 사용되는 적어도 하나의 밸브 장치(294)를 구비하는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 장치(240)는 적어도 하나의 자이로스코프(gyroscope) 및/또는 관성 기반 센서 및/또는 위성 기반 항법 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단(248) 및 상기 액추에이터(258)는 상기 작동 장치(246)의 공통 하우징(272) 내에서 안내되는 적어도 하나의 피스톤(266,268,270)을 각각 구비하는 것과, 상기 인접하게 위치한 피스톤들(266,268,270)은 결합 장치(274)를 통해서 서로 작동식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 피스톤들(266,268,270)을 갖는 상기 결합 장치(274)는 상기 작동 장치(246)의 하우징(272) 내에서 안내되는 피스톤 로드 유닛(280)을 형성하는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    양호하게는 동일한 외경을 갖는, 상기 피스톤 로드 유닛(280)의 피스톤들(266,268,270)은 상기 작동 장치(246)의 하우징(272)을 적어도 부분적으로 변하는 압력 수준들 및 용적들을 갖는 6개의 압력 챔버들(250, 252, 282 내지 288)로 분할하고, 상기 구동 수단(248) 및 상기 액추에이터(258)에 직접 할당되는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 장치(246)의 추가 압력 챔버(282, 284)는 상기 액추에이터(258)에 의해서 상기 구동 수단(248)을 지정 가능한 이동 방향으로 이동시키기 위하여, 대상물과 함께 유압 축압기와 같은 에너지 저장소(290)에 의해서 사전적재되는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 장치(246)의 하나의 압력 챔버(282)는 일종의 고압 모드에서 작동되고, 반대로 상기 구동 수단(248)의 적어도 다른 하나의 압력 챔버(284)는 양호하게는 환경(U)과 유체 연결되거나 또는 양호하게는 유압 축압기 형태의 저압 저장소(292)에 영구적으로 연결되는 일종의 저압 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 장치(246)는 상기 액추에이터(258) 및/또는 상기 구동 수단(248)의 위치를 검출할 수 있게 하는 위치 센서 장치(242)를 구비하는 것과, 상기 제어기(244)는 프로세서 유닛(318)에 의해서 상기 위치를 고려하여 상기 각각의 액추에이터(258)를 제어하는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 유압 모터(226, 228, 230)는 상기 구동 수단(248)의 각각의 압력 챔버(250, 252)에 의해서 압력을 인가할 때 중첩되는 유압 구동 및 제동 유닛(236)을 통해서 양자의 반대 회전 방향들로 가속 및 감속될 수 있는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블 호이스트(202)는 특히 도크야드 크레인 시스템의 일부로서 또는 간섭 요소들에 영향을 받는 설치 위치부(220)의 일부, 특히 선박(220) 또는 수송 플랫폼 형태의, 특히 파도 작용에 영향을 받는 부유 수송 수단으로서 고정 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 보상 장치.
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