用於保護輸送機裝置和起重機單元的控制調節裝置的製作方法

2023-08-09 09:56:06

專利名稱：用於保護輸送機裝置和起重機單元的控制調節裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於保護輸送機(其例如是附帶提升和結構元件的 起重機)的控制調節結構。該控制結構設計成在檢測到輸送超載時提供 保護反應。也就是說，在輸送載荷超過預定閾值時控制發揮作用。特別 是在起重機、升降梯或其它垂直提升裝置的情況下，當輸送中的被提升 物體過重，並且/或者被提升物體自身接合在周圍結構中或卡在其中時， 會發生所述超載。特別地對於升降起重機而言，會存在這樣的危險，艮P， 在載荷處於向上提升運動時，其受到侵入其限定運動路徑中的固定物體 的限制。在這種情況下，可能發生升降超載，這會危險地損壞提升設備， 或者如果涉及到自立式起重機，那麼該起重機可能從其靜止位置傾倒。
背景技術：
在例如DE 202 19 282 Ul中所公開的對超載的已知保護措施的情況 下，在發生超載時使超載聯接器將提升線纜升降巻筒與其驅動機構隔離。 在發生該動作時建立校正，使得可通過受控制動器的動作使輸送中的物 體自動降低。為船舶貨櫃設計的起重機設備存在特殊的問題。這些問題出現在 所謂的貨櫃裝卸橋(containbridge)的情況下。貨櫃裝卸橋是起重機 系統上部結構，其允許貨櫃從非常有限的船上存儲空間被運輸到岸上 存儲或輸送站。顯然，也可進行反向運輸。在這樣的運輸動作期間，集 裝箱會以歪斜姿勢進入其封閉存儲空間而被卡住，從而難以進一步運動。 由此產生的操作載荷會導致在努力釋放所述貨櫃時起重機橋接(cmne bridging)結構嚴重超載。在該超載過大的情況下，所述貨櫃裝卸橋會 出現故障並倒塌。已知的防超載系統通過檢測超載並啟動液壓控制滑動 夾具以放鬆張緊的升降線纜而發揮作用。因此，懸吊的貨櫃可從其受限位置解脫。在這樣擺脫之後，貨櫃然後可沿著其預期路徑適當地運 輸。這種液壓控制滑動結構非常昂貴並且需要大量的維護。此外，需要 複雜的線纜引導系統來提供所述放鬆措施。每個撐杆往往需要兩條升降 線纜、且這些線纜必須同步操作(在貨櫃裝卸橋的情況下往往是這樣) 的情況下尤其如此。在這種情況下，對於每個升降線纜組件都需要防超 載系統。發明內容在該背景下，本發明的目的在於簡化這些防超載系統。 根據本發明，該目的將通過根據權利要求1的控制調節結構來實現。 在該結構中，提供制動器設備，其作用在運輸物體上，而且作用在一控 制系統上，所述制動器設備在該控制系統下運行。下文中，"控制器"的概念可包含"開放式"調節系統，其對一個或 多個輸入值或者一個或多個輸出值起反應，但對外來作用不起反應。"控 制器"的概念還可包括"封閉式"調節系統，其對一個或多個輸入值起 反應，但所述值由於確保與實際情況相對應地進行調節的反饋循環而有 偏差。因此，在下文中，"控制器"的概念指的是在任一調節系統中運行 的系統。發明的控制系統包括作為一體部件的傳感器，該傳感器檢測超載並 發出超載信號。該信號激活控制系統的運行。此外，設置速度傳感器， 它們對輸送物體的行進速度起反應，並且發出對應的速度信號。當作出 該反應時，控制器響應於超載信號以這樣的方式作用在制動器設備上， 即阻止在現有輸送方向上的行進，從而保護輸送物體，從而中斷運送 貨物的運動。在收到後繼的卸載信號時，控制器通過適當的調節制動器 設備而允許升降設備具有這樣的自由，即，使得升降機與阻止輸送物體 運動相關地進入預定的控制中心釋放狀態。在由該釋放狀態控制的起重 機中，輸送物體下降而允許校正。在該受控輸送上的制動作用允許輸送 物體以近似恆定的輸送速度進入適當校準的位置。確保安全的垂直輸送 速度，使其對應於相應速度傳感器的速度信號。根據本發明，所述控制結構可以可靠而精確地檢測超載。通過使用 已經為輸送機(即，為起重機、升降機和所述貨櫃裝卸橋)提供的冗 餘安全部件而可以進行該精確檢測。例如，發明的制動器設備即使在動 力中斷時也可以保護輸送物體。另一優點在於對於發明的控制系統，不 需要非常複雜的構造。以下分開討論的權利要求2至5涉及對制動器系統的控制和設計。 根據權利要求2，該制動系統設計成被彈簧加載並且具有壓縮空氣特徵， 藉此制動器可分離。在這種情況下，所述控制器通過改變控制氣壓而作 用。在權利要求3中，壓縮空氣系統示出為電動液壓設計。在該設計中， 頻率受控的電馬達和液壓泵一樣運行。該結構建立了空氣系統壓力以抵 抗制動器的彈簧加載，從而釋放制動機構。因而該控制器必須通過變頻 器作用，藉此頻率變為針對電動液壓空氣系統的電馬達的速度控制方式， 因此調節組合的液壓一空氣壓力。在通常採用這種共同作用的電動液壓 壓縮空氣系統的可買到的輸送機制動機構中，這種電動液壓壓縮空氣系 統證明是穩健而可靠的。權利要求4描述"頻率控制"，其中在所述控制器的存儲器中嵌入有 頻率曲線。該頻率曲線的選擇和配置可以使控制系統簡單地與制動器和 輸送機的變化特性匹配。這樣，可以包括這樣一些因素作為制動系統的 限制約束，這些因素包括起重機結構的彈性和升降線纜的彈性。對制動 系統的考慮包括制動器類型、制動器結構以及制動塊和制動塊保持器 的共同作用。在制動器特性中還包括在其空氣操作控制器中可能存在的 滯後和延遲。根據權利要求5，為了調節材料的運動速度，提供斜率曲線作為在 超載解除狀態下輸送運動期間的控制元素。該引導根據超出或低於第一 或第二 (即增加或減小的)輸送速度而運行。該頻率斜率使得可以精確 地調節制動器設備。有利的是，頻率曲線的斜率是可選擇的，從而可總 體消除所產生的制動作用的反饋。權利要求6至8涉及第二制動器設計及其動作。在該結構中，超載 發生期間的操作安全性增加。另外，可更加有效地限制在輸送設備中關鍵操作部件的超載，也就是說，可使超載應力處於較低水平。根據權利要求6，設置第二組制動器設備，該附加組同樣由於超載 信號的發出而被鎖止。該第二制動器系統例如允許驅動系統中的內應力 減小，這在建立輸送機的實際放鬆狀態之前發生。該內應力例如可在驅 動系統的各個部件中存在延遲反應時出現。在超載事故中，該第二或附 加制動器系統產生了有利於正輸送物體的對應的第二保護措施。涉及權利要求7時，所述控制器引導降低液壓(或電動液壓空氣單 元)壓力的液壓閥。這樣的效果在於可靠並直接地鎖止了第二制動單元 而不涉及到電路"迂迴"。權利要求8提出一種液壓閥，其以這樣的方式構造，即，使得輸出 壓力迅速減小，從而制動作用在40至70毫秒的時間範圍內發生。權利要求9和10涉及超載信號和超載情況的檢測。具體地說，在權 利要求9中，通過超載聯接器發出超載信號，其中發生該聯接器的兩個 半部的分離。將該超載聯接器用於產生超載告警信號一方面確保了檢測 超載的理想情況，另一方面其效果減弱的情況下可能產生控制器的錯誤 反應。這在超載情況未實際存在的情況下尤其如此。因此，權利要求10 提供了一種方式，其中通過感測在所述超載聯接前後軸的轉速差來檢測 聯接部件的分離。在根據權利要求ll的設計中，超載聯接器的分離(即 脫離)由與其連接的接近開關檢測，該接近開關對超載期間聯接器的分 離起反應。權利要求12涉及具有本發明的控制調節結構的輸送機，其中該輸送 設備描述為起重機並設計為具有上述貨櫃裝卸橋結構。在該設計的起 重機的情況下，本發明的控制調節特別有利，因為該結構可在防超載困 難下令人滿意地運行。權利要求13涉及配備有兩個位於端部的同步升降機構的貨櫃裝 卸橋。該描述的這些貨櫃裝卸橋同步而在最小的懸垂載荷擺動以及對 輸送物體的幹擾儘可能小的情況下迅速地進行載荷交換。為了滿足這項 條件，兩個端部升降機具有共同的控制系統。權利要求14提出一種結構，其中所述控制器作用在一個升降機的制動器或者兩個升降機的制動器上，從而在超載時可進行位置的調平校正。 調平作用使得所述控制器將撐杆定向，從而例如使歪斜的懸吊貨櫃進 入水平安全位置。


下面通過參照示出一個有利實施方式的附圖而更詳細地描述本發 明。附圖中圖1表示設計成用於貨櫃起重機的具有兩個線纜操作升降機的提 升裝置；圖2表示圖1的提升裝置的細節，包括控制結構的示意圖；並且 圖3表示液壓系統的示意圖，示出了制動系統的控制。
具體實施方式
圖1所示的提升設備1包括兩個線纜操作升降機，並且與齒輪傳動 裝置2相結合地具有形成兩個驅動系統和從動系統(分別為3、3'、4、4')。在以下說明中將描述動力路徑系統的主要元件，在附圖中，它們的相應 部件在左側用附圖標記表示，在右側用相同的附圖標記表示，後者用撇 號進行區分。驅動馬達5、 5'使驅動軸6、 6'旋轉以啟動超載聯接器7、 7'，其中 轉矩通過傳統的聯接器8、 8'進一步傳導，聯接器8、 8'又連接到制動盤 9、 9'。驅動軸的部分10、 10，向齒輪傳動裝置2提供動力。所述制動盤9、 9'由制動鉗11、 11，(下文稱為"工作制動器")管理。齒輪傳動裝置2 的輸出軸12、 12，通過聯接器13、 13，作用在線纜繞筒14、 14，上，線纜繞 筒14、 14，通過附接在其上的線纜15、 15'提升或降低輸送物體16。線纜 15、 15，在每個筒上至少為兩根，通常附接到撐杆(spreader)上以補償輸 送物體16的長度，該輸送物體16例如可以是在角部具有升降夾的船載 貨櫃。撐杆未示出。在筒14、 14，上設有附加制動盤17、 17，，保護性工作制動器18、 18， 作用在附加制動盤17、 17，上。驅動系統3、 3'通過齒輪傳動裝置2彼此同步，齒輪傳動裝置2通過示意性示出的聯接器19 (對於19，見圖2) 將驅動系統3、 3'結合在一起。聯接器19設計為可分離的磁性操作聯接 器。驅動系統3、 3'的聯接確保了輸送物體16同步進行上升和下降運動。 在聯接器19分離的情況下，驅動系統3、 3'可以進行獨立操作。在該實 施方式中，還可以進行上述調平以使例如歪斜的貨櫃16到達安全的水 平位置。傳統上，馬達5、 5'通過齒輪傳動裝置2驅動筒14、 14'，從而 使輸送物體上升或下降。對於控制的執行，旋轉速度傳感器23、 23'、 24、 24，已經與驅動系統3、 3'以及從動系統24、 24'相關連。下面藉助於圖2描述升降系統的控制。圖2表示輸入和輸出驅動(分 別為3、 4)，示出了圖1的左側以及與操作元件26的起重機控制器25的 連接。按傳統方式，利用附加的服務單元(未示出)經由操作元件26向 控制器25發送信號。所述信號沿著適當的控制線行進，從而作用在馬達 5和工作制動器11、 18上。所述起重機控制器25執行正常工作所必需的 所有調節控制功能。另外，該起重機控制器25不僅作用在圖2示出的提 升設備部件上，而且作用在圖1的右側示出的那些部件上。於是在這些 情況下通過操作元件26控制上下移動，g卩，所謂的配備有操縱杆27的 箱支配調平按鈕28、 28'，利用調平按鈕可以通過調平使兩個提升端部獨 立且分離地到達平穩位置。如果發生超載情況，將發生如下動作將超載聯接器7設定為預定 的最大超載轉矩(如從馬達5傳送到驅動軸10的轉矩)。如果超出該設 定轉矩閾值，那麼超載聯接器7的兩個半部彼此自身分離。如果(例如) 輸送物體16 (例如貨櫃)在其向上路徑被卡住，也就是說，當輸送物 體16的等效重量變得過大時，可能產生這種閾值轉矩。換言之，當提升 載荷看上去太重時，超載聯接器7的分離將馬達驅動器與驅動軸IO分開。 在這些情況下，軸不再承受任何其他載荷。超載聯接器7的分離通過檢測器29感測，該檢測器29向控制中心 30發送信號。控制中心30響應於該信號向起重機控制器25發送信號， 使得控制器25切斷其正常的起重機操作，從而起重機停止運行。另外， 控制中心30向工作制動器11和18發出啟動信號，這使得驅動系統3和從動系統4分別被鎖定。該動作防止被馬達5、 5'動力驅動的輸送物體16 不受限制地自由下落。這裡示出的本實施方式中的工作制動器11、 18構造為常規的可買到 的制動器，它們在彈簧加載下關閉，並且可通過抵抗所述彈簧的適當的 壓縮空氣設備(未示出)而打開(即，釋放)。在許多情況中，這些空氣 設備在液壓控制下操作，也就是說，電馬達通過活塞腔中的抵抗加載彈 簧的液壓泵建立起液壓。對應的活塞在被足夠高的壓力供能時通過槓桿 連接釋放制動器。制動器的釋放也可通過諸如磁性裝置或機械連接的其 它裝置實現。在電動液壓制動器的情況下，制動器在由於電動液壓空氣 設備而使壓力充分降低時關閉。該壓力降低主要發生在電馬達的輸入驅 動器開始受阻(drag)或者停止時。作用在線纜筒14、 14，上的工作制動器18、 18，也可設計為可通過液 壓裝置直接釋放的安全制動器。圖3表示這是如何發生的。圖3中以示 意性圖示示出的制動器18、 18'由液壓系統H操作。該液壓系統H又互 連而向起重機控制器25、 30和超載傳感器29發送超載信號/從起重機控 制器25、 30和超載傳感器29接收超載信號。在沒有壓力時，制動器18、 18'處於關閉狀態。這些制動器僅可以在通過液壓系統H在它們的壓力室 18a、 18b、 18a，、 18b，中建立壓力時打開。該壓力通過克服工作制動器的 彈簧加載罩而允許制動器打開。隨著所述壓力室18a、 18b、 18a'、 18b' 中的上述壓力增加，制動器18、 18'在線纜筒14上的動作被額外加速， 因為在液壓迴路中，兩個伺服閥32、 32'被瞬時操作，這加速了壓力的損 失從而引起制動器18、 18'的所述加速動作。閥32、 32'響應於控制器25、 30，或直接響應於來自超載傳感器29的信號。這樣，確保了在檢測到超 載時立即通過線纜筒14的鎖定而防止正在提升的物體落下。該壓力迅速 減小，使得在40到70毫秒的設定時間內發生制動動作。也可進行設計， 使得可以比40毫秒迅速得多(即在20毫秒內)地進行制動。在另一這 裡未示出的實施方式中，制動器18可直接作用在線纜15上或直接限制 輸出軸12。同樣一接收到來自控制器30的信號就關閉工作制動器11。在檢測到發生超載之後，超載聯接器7立即自身分離，從而如上所述馬達5擺脫驅動系統3並且制動器11和18關閉。同時，起重機或升 降設備的致動被起重機控制器25暫停，並且起重機的操作中斷。可選地， 齒輪傳動段2可通過可控聯接器19彼此分離。在以上停止起重機1的運行之後，為了使起重機1回到正常操作， 採取以下操作利用操作元件26向控制器30發出載荷釋放信號。該信 號釋放了工作制動器18並且以這樣的方式控制驅動側制動器11，即使 制動盤9打開和擺脫至制動盤9由於提升載荷的重量作用而開始滑動的 程度。藉此，輸送物體16自身由於其重量而緩慢下降。該下降速度由速 度傳感器31檢測和測量，速度傳感器31隨即向控制器30發出相應的信 號。這樣進行對工作制動器ll的控制，使得輸送的載荷自身恆速下降。 該下降速度對應於由速度傳感器31建立的設定轉速，該傳感器位於超載 聯接器7的齒輪傳動裝置2 —側的半聯接器上。按照以下方式調節工作制動器11以獲得在最可行恆速下的卸載速 度工作制動器ll的電動液壓空氣設備具有用於操作液壓泵的頻率受控 的電馬達。通過安裝的變頻器由控制器30調節電馬達的控制頻率。只要 速度傳感器31檢測到的轉速低於預定的最小值(此時筒14、 14'的下降 速度也低於設定轉速)，就可以自動地增加馬達控制頻率，並且相應地松 開制動器直到達到預定的安全下降速度。在該理想情況下，馬達的受控 頻率保持恆定。然而，如果傳感器顯示筒14、 14'的轉速超過預設閾值水 平，那麼馬達的所述控制頻率減小。此時，馬達的速度減小，對應地抵 抗彈簧加載的制動器罩的液壓降低，導致制動效果提高，使得筒的轉速 降低並且下降物體的行進速度減小。在實現均勻恆定的材料輸送速度方面，電馬達的控制頻率在可調節、 優選可在存儲器中存儲的斜率曲線範圍內增加或減小。使該頻率曲線與 整個系統匹配，從而在不存在所謂的振動或粘滑效應的情況下獲得制動 器的連續滑動。這種理想情況通過比例積分微分(PID)型調節器而增強。通過調平按鈕(即28、 28')，可以允許對超載負荷的受控下降進行 單獨調節，以符合如圖1所示的成對的升降結構的需要。在提升物體(即 貨櫃)在受限的傳送軸上懸吊時翻到或傾斜的情況下，這種單獨控制是有價值的。如果該情況出現，那麼使提升物體16理想地進入放鬆狀態 並且調節和關閉超載聯接器7。在這些此時己校正後的條件下，自動複查 每個系統的狀態，停用控制器30並且將提升設備整體再次置於起重機控 制器25的調節之下。如上所述，提升設備1左側的控制過程對於提升設備的右側同樣也 是有效的。這樣，控制器30可設計成在兩個驅動半部，即3、 3'上操作。 然而，可能設置兩個互連的控制系統30、 30'，在需要時它們甚至可彼此 替代。該替代可允許在緊急超載的情況下有著安全操作冗餘度，從而提 高了運行安全性。在上述實施方式中，工作制動器18和11受到控制。在上述方式中， 這些制動器包括在傳統的升降設備中。從而不需要附加的部件。在可選 實施方式中，甚至可以通過額外安裝的制動結構來調節在發生超載時對 輸送貨物下降的控制。作為另一可選實施方式，分別作用在線纜筒14、 14，上的工作制動器18、 18，可結合在它們自身的制動技術系統中，藉此 可通過這些制動器進行順序超載。不僅可通過所述的可買到的制動器、而且還可通過以更簡單的控制 方式運行的制動器來執行對超載下降的控制，同時仍然在下降操作中保 持恆速。這些制動器可能是液壓、氣動或甚至由線性電力操作而被驅動 的。這些都可額外提供給現有制動器系統以在提升的"阻礙"情況中起 作用。這裡關於貨櫃起重機的提升設備提出了上述控制器和調節結構。 在檢測到超載後在不用驅動力的情況下降低提升物體的控制原理可以推 廣到滿足其它材料處理設備的需求，這些設備包括升降梯、纜車、提升 設備等等。技術人員在所附權利要求中將清楚對於超載解決方案的其他實施方 式和替代實施方式。
權利要求
1.一種用於確保尤其是起重機設備的輸送機設備(1)的超載安全性的控制調節結構，該控制調節結構包括制動器系統(11，11』，18，18』)，該制動器系統作用在所述輸送機設備上；用於所述制動器系統(11，11』，18，18』)的控制器(30)；超載傳感器(29)，該超載傳感器檢測超載情況並發出所述速度的校正信號；以及速度傳感器(31；24，24』)，該速度傳感器檢測輸送物體(16)的速度並發出該速度的信號，其中所述控制器(30)以這樣的方式響應於超載信號而作用於所述制動器系統(11，11』，18，18』)，即使該系統鎖止所述輸送機系統(1)，從而保護所述輸送物體(16)，並且其中所述輸送機系統(1)在後繼卸載信號之後鬆開所述鎖止，以使所述輸送機系統(1)響應於所述輸送物體(16)的重量而進入卸載狀態，並且根據來自所述速度傳感器(31；24，24』)的信號對限制所述輸送機系統(1)的所述制動器系統(11，11』，18，18』)的動作進行調節，以使所述輸送物體(16)在所述卸載狀態下以近似恆速運動。
2. 如權利要求1所述的控制調節結構，其中，所述制動器系統(11， 11，， 18， 18')設計有帶空氣修正器的彈簧加載制動器，所述控制器(30) 調節所述空氣修正器。
3. 如權利要求2所述的控制調節結構，其中，所述空氣修正器設計 為電動液壓空氣系統，而所述控制器(30)包括藉助於頻率變化調節所 述電動液壓空氣系統的變頻器。
4. 如權利要求3所述的控制調節結構，其中，所述控制器(30)將 控制頻率調節成對應於存儲的頻率曲線。
5. 如權利要求4所述的控制調節結構，其中，所述控制頻率曲線是 斜率曲線，並且其中在超過第一輸送機速度時所述控制器(30)遵循增加的頻率斜率，在低於第二輸送機速度時所述控制器(30)遵循減小的 頻率斜率。
6. 如權利要求1至5中一項所述的控制調節結構，其中，所述控制 器(30)在超載信號下鎖止第二制動器系統(11， 11，， 18， 18，)。
7. 如權利要求6所述的控制調節結構，其中，所述控制器(30)調 節液壓閥(32， 32')，該閥降低第二制動器系統的液壓空氣元件即電動液 壓空氣元件的壓力，從而使該元件產生鎖止狀態。
8. 如權利要求7所述的控制調節結構，其中，所述液壓閥(32， 32，) 設計成使得所述制動器系統的動作發生在40至70毫秒的時間內。
9. 如前述權利要求中一項所述的控制調節結構，其中，所述超載信 號通過超載聯接器(7， 7，)發出，特別是通過所述聯接器的分離而發出。
10. 如權利要求9所述的控制調節結構，其中，通過所述超載聯接 器(7， 7')的兩個半部之間的轉速差來檢測所述聯接器的分離。
11. 如權利要求9所述的控制調節結構，其中，通過所述超載聯接 器(7， 7，)的半部的脫離運動來檢測該聯接器的分離，該檢測由接近開 關感測。
12. —種具有如權利要求1至IO所述的控制調節結構的輸送機設備， 其中該輸送機設備設計成起重機設備內的線纜升降單元，或者設計為集 裝箱起重機裝置的部件。
13. 具有一對如權利要求12所述的輸送機單元的起重機設備，該對 輸送機單元在貨櫃撐杆的垂直行進中同步，其中所述對輸送機單元具 有共同控制器(30)。
14. 如權利要求13所述的起重機設備，其中在超載情況期間，可省 去所述輸送機的同步，並且使所述控制器(30)根據超載信號有選擇性 地作用在一個或兩個所述輸送機單元的所述制動器系統(11, 11'， 18， 18，)上。
全文摘要
本發明涉及一種用於在超載情況下保護輸送機裝置(1)、特別是起重機單元的控制調節裝置。作用於所述輸送機裝置(1)的制動器裝置(11，18)設置有用於制動器裝置(11，18)的控制器(30)、記錄超載並發出超載信號的超載傳感器(29)、以及記錄傳輸物品速度並發出速度信號的速度傳感器(31，24)。控制器(30)響應於超載信號而作用在所述制動器裝置(11，18)上，使得該裝置停止所述輸送機裝置，並因此保護傳輸物品(16)。控制器(30)響應於隨後的卸載信號而釋放輸送機裝置(1)，使得輸送機裝置(1)在傳輸物品(16)的載荷作用下運動到卸載位置，並且根據來自速度傳感器(24，31)的速度信號調節制動器裝置(11，18)對輸送機裝置(1)的作用，以使傳輸物品(16)以大致恆定的輸送速度運動到卸載狀態。本發明還涉及具有這樣的控制調節機構的輸送機裝置，以及具有兩個輸送機裝置的貨櫃起重機單元，這兩個輸送機裝置設有這樣的控制調節裝置。
文檔編號B66C23/90GK101336205SQ200680051839
公開日2008年12月31日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年1月26日
發明者德克·浮士德 申請人:品馳布本澤爾有限責任公司