提升装置和操作提升装置的方法与流程

1.本发明涉及一种提升装置(例如用于船舶(vessel)的提升装置)和操作提升装置的方法。


背景技术：

2.用于船舶的提升装置存在许多问题，例如液压系统从其驱动器漏出流体/油的可能的泄漏。提升装置等可参见us4293265、us2780196、jp2014189371和us2008/217279。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是防止这样的泄漏。
4.本发明的另一个目的是确保这种提升装置周围的安全。
5.在第一方面，本发明涉及一种用于船舶或车辆的提升装置，该装置包括：
[0006]-提升元件，能够绕预定的第一轴线倾斜，
[0007]-驱动设备，用于使提升元件倾斜，该驱动设备包括：
[0008]-驱动杆，连接至提升元件，
[0009]-可旋转元件，通过一个或多个电动马达(electrical motor，电动机)而绕第二轴线旋转，驱动杆连接至可旋转元件以便绕与第二轴线不同的第三轴线旋转，可旋转元件能够在第一位置和第二位置之间绕第二轴线旋转，在第一位置，第二轴线和第四轴线之间的距离为最小距离，而在第二位置，第二轴线和第四轴线之间的距离为最大距离，一个或多个马达被配置为旋转超过360
°
，以将可旋转元件从第一位置带到第二位置。
[0010]
在本文中，提升装置可以是能够支撑待提升和/或待运输的负载的重量的任何类型的结构。典型的提升装置是起重机、悬臂(boom)、桅杆(mast)等。优选的提升装置类型是所谓的用于船舶的运送及收回系统(launch and recovery system，lars)。
[0011]
在本文中，船舶可以是任何类型的轮船(ship)、平台、小船(boat，艇)等。船舶可以是能够航行的，也可以是静止的(stationary)，例如在海洋或海底。船舶可被配置为将负载从/向船舶的栏杆的一侧或外周边运送或回收至栏杆内侧/周边的位置(如甲板上)。
[0012]
此外，车辆可以是任何类型的车辆(例如卡车/货车)。车辆可以被配置为还能够运输负载(例如在平坦床体(flat bed)上或在集装箱中)，或者车辆可被配置为仅用于提升或转移负载。
[0013]
提升元件优选是刚性的。在本文中，刚性意味着提升元件在正常使用时(例如当提升重量低于设定阈值的负载时)不会弯曲或变形到任何显著程度。
[0014]
提升元件绕第一轴线可倾斜。在这方面，可倾斜可以是例如经由轴承绕轴线旋转。倾斜优选地是提升元件的主方向的倾斜或从第一轴线和提升元件(例如其钢缆/链动滑轮)的相对端的方向的倾斜。然后，提升元件可以具有更复杂的形状或结构，其具有多个相互连接且可移动的部件。自然，提升元件可以是简单的杆或固定的框架结构，如a型框架。
[0015]
提升元件可被配置为支撑负载的重量。提升元件可包括诸如块状件(blocks)、轮、
辊等装置，以允许缆绳、链条或线缆(wire)从其延伸至负载并且延伸至例如执行提升的绞盘。替代地，提升元件可以包括用于与负载(例如固定至提升元件的链条)接合的更稳定(stationary)的结构。
[0016]
第一轴线可以是水平的或者至少是基本水平的。附加地或者替代地，如果需要，第一轴线可平行于船舶或车辆的主表面或甲板。
[0017]
驱动设备包括任意数量的任何类型的电动马达。通常的用于驱动板式船舶(board vessel)和车辆上的这种提升元件的驱动器是液压的。电动马达的泄漏油或其他流体的风险要低得多，电动马达很容易安装(set-up)在冗余的结构中，特别是在旋转的安装中(见下文)。此外，备用件在全球范围内更容易获得，能耗更低，维护成本更低，并且控制是前瞻性的(future proof)。
[0018]
驱动设备能够在可旋转元件旋转时使提升元件倾斜。
[0019]
驱动杆优选是刚性的，即使其功能可以使用均匀的线缆获得。刚性的杆将能够承受由可旋转元件的旋转产生的拉力和推力。
[0020]
可旋转元件由一个或多个电动马达绕第二轴线旋转，驱动杆连接至可旋转元件，以便绕与第二轴线不同的第三轴线旋转，可旋转元件可在第一位置(其中第二轴线和第四轴线之间的距离为最小距离)和第二位置(其中第二轴线和第四轴线之间的距离为最大距离)之间绕第二轴线旋转。因此，可旋转元件限定极限位置，该可旋转元件可以在这些极限位置之间移动。这还限定提升元件的极限角度或位置。当使可旋转元件在其极限位置之间旋转时，一个或多个马达，即可旋转部分相对于其外壳，旋转超过360
°
，使得这些在马达变得不可操作或不可控制/不可制动时不会提供安全停止，但由于可旋转元件限定极限位置，这不是安全问题。
[0021]
可旋转元件能够旋转360度，或仅在预定角度区间内旋转。可旋转元件可绕第二轴线旋转，该第二轴线与第三轴线不同，驱动杆可绕第三轴线相对于可旋转元件旋转。
[0022]
可旋转元件可以是偏心元件，即，绕第二轴线旋转该偏心元件将使第三轴线绕第二轴线移动。其效果在于，当在第三轴线和提升元件的特定部分(与第一轴线不同)之间示出固定距离时，可旋转元件的旋转将导致提升元件倾斜或旋转。
[0023]
优选地，第一轴线、第二轴线和第三轴线至少基本上平行。通过这种方式，提升元件的倾斜与可旋转元件的旋转发生在同一平面中。然而，显然存在这样的结构，例如驱动杆或另一元件能够将力和/或扭矩从旋转元件转移到提升元件可以倾斜的另一方向或平面。
[0024]
优选地，驱动杆绕与任何其它轴线不相同的第四轴线可旋转地连接至提升元件。优选地，该轴线平行于第一轴线。
[0025]
驱动杆可以在距第一轴线的预定距离处连接至提升元件。
[0026]
显然，当第二轴线、第三轴线和第四轴线对准且第二轴线尽可能远离第四轴线时，可旋转元件的旋转不能将提升元件更远地带至一侧。通过相同的方式，当第二轴线尽可能靠近第四轴线时，当第二轴线、第三轴线和第四轴线对准时，可旋转元件的旋转不能将提升元件更远地带至另一侧。因此，提升元件不能移动到该角度区间之外。因此，可提供安全特征，其中提升元件只能在由第二轴线和第三轴线与第一轴线和第四轴线之间的距离所限定的角度区间内移动。
[0027]
本发明的第二方面涉及一种操作根据第一方面的提升装置的方法，其中一个或多
个马达旋转可旋转元件，该可旋转元件驱动驱动杆，该驱动杆使提升元件绕第一轴线旋转。
[0028]
然后，在可旋转元件绕第二轴线的从旋转区间的一个极限到另一极限的旋转或360度旋转期间，第二轴线和第四轴线之间的距离可以在最小距离和最大距离之间变化。在这种情况下，提升元件可以在最小角度和最大角度之间倾斜，从而实现提升元件的安全特征。
[0029]
如果不可能或不希望完全旋转(full rotation)，则在可旋转元件的第一旋转角度处提升元件处于第一极限角度，并且在可旋转元件的第二旋转角度处提升元件处于相对的(opposite，相反的)第二极限角度时，可以获得相同的安全性，并且对于可旋转元件的第一旋转角度和第二旋转角度之间的旋转角度，提升元件处于第一极限角度和第二极限角度之间的角度。
[0030]
因此，可旋转元件优选地可在第一位置(其中第二轴线和第四轴线之间的距离为最小距离)和第二位置(其中第二轴线和第四轴线之间的距离为最大距离)之间绕第二轴线旋转。然后，当一个或多个马达旋转超过360
°
以将可旋转元件从第一位置带到第二位置时，马达可以不表现出旋转的物理阻挡或制动。因此，旋转的极限位置由第一位置和第二位置限定。
[0031]
本发明的第三方面涉及一种操作提升装置的方法，该装置包括：刚性的提升元件，能够绕预定的第一轴线倾斜；以及多个马达，用于使提升元件倾斜，该方法包括：
[0032]-确定提升装置的参数并控制马达，使得：
[0033]-如果该参数在预定的区间内，则操作至少一个马达，以在与由其他马达中的一个或多个施加扭矩的方向相反的方向上向提升元件提供扭矩，
[0034]-如果该参数超出该区间，则操作全部马达，以在同一方向上向提升元件提供扭矩。
[0035]
自然，如果设计的话，所有方面、实施例和情况都可以组合。例如，如果结合第二方面和第三方面，则使提升元件倾斜的方式显然可能是有利的。
[0036]
在本文中，提升装置可以具有关于第一方面描述的结构。替代地，马达可以以其他方式使提升元件倾斜，例如通过或经由其他装置。在一种情况下，马达可以直接在第一轴线处或绕第一轴线使提升元件旋转或倾斜。
[0037]
提升元件可以绕上述第一轴线旋转。
[0038]
多个马达可为相同类型或不同类型。存在用于执行旋转的不同类型的马达，例如线性驱动器、液压驱动器、电动马达(例如步进马达)等。优选地，马达是电动马达。
[0039]
可使用两个或更多个马达，如三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个马达。马达优选为相同类型，但这不是必需的。
[0040]
马达可以直接或通过一个或多个其他元件接合提升元件。在一个实施例中，如上所述，马达通过驱动杆和可旋转元件接合提升元件。确定提升元件的参数，并相应地操作马达。一个这样的参数可以是提升元件的纵向轴线与竖直方向之间的角度。另一个参数可以是马达影响提升元件的扭矩。该参数可以是由提升元件或由例如马达确定的参数。该参数可由一个或多个传感器或以任何其他方式确定。如上所述，由马达施加的扭矩可以从马达读取，而无需单独的传感器。
[0041]
这些参数的共同之处可在于，它们表示提升元件经过一个点的风险或概率，在该
点维持其位置或角度所需的力从绕第一轴线的一个方向转移到另一方向。如果提升元件是直的(straight)，由稳定的平台支撑，并且只有从提升元件竖直悬挂的负载，则使提升元件旋转所需的扭矩将取决于提升元件的纵向轴线与竖直方向之间的角度。当该角度较小时，只需要很小的扭矩，而较大的角度需要更大的扭矩。
[0042]
另一方面，如果提升元件更弯曲，如果提升元件没有被支撑在稳定的平台(例如浮动平台)上，或者如果对提升元件(例如在提升元件上从绞盘到块状件)施加额外的扭矩，则使提升元件甚至移动越过(over)竖直方向所需的扭矩可能很大。然而，则存在另一个角度，在该另一个角度处的扭矩小于在相邻角度处的扭矩。
[0043]
处于低扭矩角的问题在于，当马达都以同一方向操作时，即使在马达静止时，驱动器中的缺陷也可能使提升元件移动越过该点。此外，存在于一个方向上施加扭矩的马达可能无法有效阻止在该方向上的进一步移动的风险。这可能会造成不期望的负载的转移或摆动。
[0044]
马达以一种相当不常见(rather unusual)的方式进行控制。如果参数在预定的区间内(例如低于阈值)，则至少一个马达被操作以在与一个或多个其他马达施加扭矩的方向相反的方向上向提升元件提供扭矩。因此，如果“其他”马达以顺时针方向施加扭矩，则“至少一个”马达将以逆时针方向施加扭矩。
[0045]
马达此时以相反方向工作。然后，必须至少克服由“至少一个”马达施加的扭矩，以使提升元件在“其他”马达施加的扭矩的方向上进一步旋转。
[0046]
当参数超出区间(例如高于阈值)时，所有马达都会被操作以在同一方向上向提升元件提供扭矩。
[0047]
自然，可以提供一个(或多个)马达，该一个(或多个)马达在参数超出区间时不提供扭矩，而在参数在区间内时仅操作为“至少一个”马达。
[0048]
马达可以脱离，以便不提供任何显著的扭矩或阻力。这也可用于仅在主操作马达发生故障时才使用的备用马达。脱离可以是马达与提升元件的倾斜(tilting)分离。替代地，脱离可以只是不向马达供电。
[0049]
本发明的第四方面涉及一种提升装置，该提升装置包括：提升元件、被配置为使提升元件倾斜的多个马达、以及根据第三方面的用于控制马达的控制器。
[0050]
自然，提升元件和提升装置可以如上所述。马达优选是电动马达，但这不是必需的。
[0051]
控制器可以是任何类型的控制器，例如处理器、控制器、asic、dsp、fpga等。控制器可以是单片的，也可以被分为不同的部分。控制器可包括一个或多个驱动器，用于向一个或多个马达提供电力、液压、控制信号、传感信号等。
[0052]
在一个实施例中，如上所述，马达为电动马达。
[0053]
在一个实施例中，每当提升元件旋转时，马达施加相反方向的扭矩。
[0054]
在另一实施例中，提升装置还包括：传感器，用于输出与提升元件的纵向方向和竖直方向之间的角度有关的信息，控制器被配置为接收该信息。该传感器也可以附接到例如驱动器的齿轮上。自然，一个或多个马达的旋转位置也将指示提升元件的角度。
[0055]
在这种情况下或另一种情况下，控制器被配置为接收表示马达在提升元件上施加的扭矩的信号。
[0056]
在这种情况下，可以考虑扭矩的方向，因为“至少一个”马达施加的扭矩与其他马达的扭矩呈反作用(counter-acting)。因此，施加于提升元件的最终扭矩可以是在一个方向上施加的扭矩与在相反方向上施加的扭矩的差值。
[0057]
本发明的又一方面是控制用于将负载运送至船舶或从船舶回收负载的提升装置，该方法可以使用任何上述提升装置，并且该方法包括确定负载在从提升元件悬挂或由提升元件支撑时的移动和/或位置并移动提升元件，使得提升元件(例如支撑负载或悬挂负载的部分)与负载之间的任何相对移动低于预定阈值。
[0058]
船舶遇到的问题是，由于船舶旋转和倾斜，要运送或回收的负载可能会摆动。摆动的负载是危险的。在提升元件能够移动/旋转的平面内摆动的负载可以使提升元件旋转从而最小化甚至减少提升元件和负载之间的相对移动。因此，负载此时可以差不多稳定地悬挂在提升元件的下方，提升元件此时可以旋转到其所需位置，而不会导致负载过度摆动。
[0059]
显然，摆动的负载在处于极限位置时最容易“抓住(catch，捕获)”，因为负载在该位置差不多是不动的。因此，当负载处于该位置时，将提升元件或提升点移动到该位置的上方，提升元件和负载的相对位置不再引起摆动运动。自然，负载的摆动运动也可以通过以下方式制动：逆着摆动运动来移动提升元件以中断(break)移动。可以使用以下这两种策略的组合：首先中断破坏负载移动，之后提升元件可以定位在负载的静止位置。
[0060]
这可能需要提升元件相当快速的移动。当不需要太大扭矩时，快速移动最容易。因此，当提升元件位于或接近顶点的上方和下方(在该位置使提升元件旋转所需的扭矩最小)时，可执行制动移动。绕该顶点的旋转可以更快，因此最适合制动负载或使该负载减速。
附图说明
[0061]
在下文中，参考附图描述优选实施例，其中：
[0062]-图1示出了用于船舶的提升装置的第一实施例，
[0063]-图2示出了多个马达驱动提升元件的实施例，
[0064]-图3示出了提升元件的参数。
具体实施方式
[0065]
在图1中，船舶10包括提升装置12，该提升装置包括可绕轴线16旋转的起重机、悬臂或杆14。在许多应用中，悬臂14实际上是a型框架，例如运送和回收系统(lars)，该系统具有两个立柱，这两个立柱可绕同一轴线16旋转，并且通常都由单独的液压驱动器驱动。
[0066]
在本实施例中，提升元件14由驱动杆18驱动，该驱动杆经由偏心元件或可旋转元件20被马达(未图示)驱动。马达绕轴线22驱动偏心元件20，并且偏心元件20绕轴线24可旋转地连接到驱动杆18。
[0067]
驱动杆18在轴线26处可旋转地连接到提升元件。
[0068]
在操作中，偏心元件绕轴线22旋转。显然，由于该移动，驱动杆18将拉动或推动提升元件，从而使提升元件绕轴线16旋转。
[0069]
然后，提升元件14可以被旋转，从而例如能够从船舶的外部接收仪器等50并将其送上船，反之亦可。自然，为此目的，线缆、链条等54可以由提升元件的上端锚固或支撑。
[0070]
偏心元件的操作除了将移动和扭矩传递到驱动杆18以外，还确保提升元件14不能
移动到由第一最大角度α-max和第二最小角度α-min限定的角度区间之外。这些角度可以相对于例如水平来限定。当轴线22、24和26对准且轴线22尽可能靠近轴线26时，可以看到最大角度(偏心元件表示为20-max，提升元件表示为14-1)。当轴线22、24和26对准且轴线22尽可能远离轴线26时，可以看到最小角度(偏心元件表示为20-min，提升元件在14-2)。
[0071]
因此，即使偏心元件20的驱动器发生故障，提升元件14也无法移动到上述角度区间之外，从而使提升装置安全。
[0072]
在图2中，使用多个马达30-1、30-2和30-3对驱动器进行了说明，每个马达分别具有与中心齿轮34啮合的齿轮32-1、32-2和32-3，该中心齿轮可连接到提升元件14(例如在轴线16处)或连接到偏心元件20(例如在轴线22处)。
[0073]
为了获得足够的扭矩和/或提供冗余，自然可以优先使用多个马达，以便在一个马达无法操作时，其他马达仍能提供所需的驱动。
[0074]
然而，如果根据本发明的一个实施例驱动马达，则可以获得另一个优点。
[0075]
在本实施例中，使提升元件旋转所需的扭矩将取决于相对于竖直方向的角度。自然，使提升元件旋转所需的扭矩也将取决于例如通过提升元件施加于负载的拉力(如果提升元件上没有设置绞盘)。因此，将存在一个角度，在该角度下提升元件的旋转需要零扭矩。也可以被称为“顶点”，即使该点可能不是竖直位置。然而，当提升元件位于顶点时，装置12中的制造缺陷可能使得提升元件即使在马达静止时也会绕轴线16轻微旋转，在此情况下，风、浪或负载的摆动对提升元件施加即使很小的力也会使其越过顶点。这是不可取的，特别是当重的负载50悬挂在提升元件上时。
[0076]
对此的解决方案是，至少当提升元件足够接近竖直方向(顶点)时，使一个马达30-1在相反方向上提供扭矩。在这种情况下，除非马达允许，否则不允许提升元件绕轴线16旋转。显然，马达30-1将提供低于马达30-2和30-3的组合扭矩的扭矩，以使提升元件14仍然旋转。当提升元件经过竖直方向(顶点)，例如经过预定的余量(margin)时，可改变该操作模式。此时，马达30-1实际上在防止提升元件随重力旋转的方向上提供力。然后，马达30-2也可以与马达30-1协作以抵消提升元件的重量，此时马达30-3提供防止提升元件再次向竖直方向移动或超出竖直方向的反作用扭矩。
[0077]
当提升元件相对于竖直方向(从顶点起)的角度足够大时，所有马达可再次在防止提升元件因重力而移动的方向上同步移动。替代地，一个或多个马达可以始终施加反作用于提升元件的旋转的扭矩。
[0078]
显然，两个马达(如果需要的话还可以是更多马达)也可以执行此操作。
[0079]
在这种情况下，控制在所有马达协作的情况和一个或多个马达相互对抗(against)工作的情况之间进行切换(change-over)的可以是提升元件相对于竖直方向(顶点)的角度。
[0080]
如上所述，通常，其他元件对提升元件提供扭矩，例如当负载50由提升元件支撑并由绞盘52向上拉动时，该绞盘不由提升元件支撑而是存在于例如支撑提升装置的船舶或车辆上。在这种情况下，负载的大小、以及提升元件与在一侧的负载和在另一侧的绞盘之间的(缆绳54的)角度也会影响提升元件上的总扭矩。在这种情况下，提升元件的成问题的(problematic)角度或位置(顶点)可以远离竖直方向。
[0081]
此外，当提升装置用于船舶(或位于非水平面上的车辆)上时，在船舶/车辆不水平
时(例如由于波浪)，船舶和提升元件之间的角度可能不是用于控制的最佳参数。
[0082]
在一种情况下，可使用马达所施加的扭矩。在另一种情况下，可以使用驱动杆或轴/轴承上的扭矩(如果需要)。
[0083]
通常，可以读取并使用由马达提供的扭矩(连同绕轴的扭矩的方向)。在这种情况下，切换可以在(沿同一方向驱动的)所有马达的组合扭矩低于预定极限时发生。
[0084]
马达所施加的扭矩可以使用传感器来感测，也可以根据马达的功耗来估算。
[0085]
显然，由于马达施加于提升元件的最终扭矩是一个方向上提供的扭矩减去另一个方向上提供的扭矩的差值，应当考虑一个(或多个)马达的反作用力。
[0086]
在图3中，示出了另一个实施例。当提升在可旋转的提升元件上的负载时，提升元件的旋转显然会使负载50的重心转移。在附图中，提取位置示出在14-1处。这将导致负载50的摆动，这是不希望的，特别是如果负载要放置在表面上。
[0087]
如果发生额外的移动(例如在船舶上设置组件或存在风)，则情况会加剧。
[0088]
负载50的摆动通过从负载延伸的竖直箭头示出。
[0089]
这种摆动可通过使提升元件旋转(从提升元件延伸的竖直箭头)来停止，使得负载的接合点14-3(通常为线缆或链块)可位于负载50正上方，例如当相对于提升元件、点14-3、第一轴线等停顿(standstill)时，例如在摆动运动的极限。替代地，负载的移动可以被跟踪或预测，并且根据保持在负载上方或根据负载的移动中断而移动提升元件。
[0090]
需要注意的是，提升元件的这种移动可以在提升元件的整个角度范围内，但当提升元件围绕竖直方向时和/或在预定角度的旋转需要最小扭矩处，这种移动是最容易的。当旋转所需的扭矩最小时，移动可以更快，以便迅速停止任何摆动。
[0091]
如上所述，需要注意的是，提升元件优选为a型框架，如lars，其具有两个绕同一轴线旋转的提升元件。两个提升元件可以通过单个驱动器或两个驱动器进行旋转。顶梁可具有用于对移动负载的线缆和链条进行引导的一个或多个线缆或链块等。