通常总是装备门式起重机作为集装箱起重机，用于将标准的货运集 装箱装进集装箱船中，和从船上卸下集装箱。一般，一艘集装箱船具有 许多单元或舱，标准的货运集装箱可以放在其中，它们之间只有极小的 间隙，亦可以将标准的货运集装箱垂直地堆叠起来，直至把该单元堆 满。为了将一个货运集装箱降低，使它进入一个单元中，必须高度精确 地将该集装箱放置在该单元上方，使集装箱能直接下降，进入该单元， 而不致于将船的甲板或该单元的壁面碰撞至不适宜的程度。一台门式集 装箱起重机包括一个基本上水平的支承结构或起重臂，其上有轨道，由 电气控制的动力驱动装置可使小车沿着轨道，在两个方向中任何一个方 向上运动。有一个提升装置或系统从该小车上悬挂下来，并可与该小车 一起水平运动。该提升系统包括一个从该小车上向下悬挂，并与一个负 载装载装置连接的钢丝绳系统，最好，该负载装载装置为一个扩张器杆 抓紧装置，用于有选择地抓紧和放开一个货运集装箱。
集装箱起重机广泛用于从小车车厢或带双轮拖车的卡车上卸下集 装箱，和用于将集装箱装入集装箱船的单元中。按照一般的操作顺序， 小车沿着起重臂水平运动，并直接停止在放在一辆等待中的带双轮拖车 的卡车上的一个集装箱之上。提升系统将扩张器杆放下，使之与该集装 箱接合，并使该扩张器杆动作，抓住该集装箱。然后，将该集装箱提升 至一个安全高度，使该集装箱能不受船坞或集装箱船上的任何障碍物的 影响。再使小车沿着起重臂向外，和在该集装箱船之上运动，直至该小 车位于要装入该集装箱的单元的上方为止。这种操作的目的是要使提升 系统能直接将该集装箱降低，以便放入该单元中。
然而，起重机操作者在以足够的精确度使该集装箱与该单元对准， 以便能放下该集装箱，将它装入该单元中，而又不致于使该集装箱与该 船的甲板或该单元的壁面发生不适宜的碰撞方面，遇到了相当大的困 难。这个困难是这样产生的：当小车停止时，该集装箱象摆动摆锤一样， 开始摇摆。在该摇摆运动完全停止时，起重机操作者才能将该集装箱放 低，因此该集装箱进入该单元之前，可能摇摆几个摆动周期。该小车构 成了该摆的枢轴支承。该提升钢丝绳系统形成了摆的悬挂装置，而该集 装箱和该扩张器杆形成了摆锤。由集装箱的象摆一样的摇摆运动产生的 问题已广为人知，但至今没有设计出满意的解决方法。
发明概述
本发明的一个目的是要提供一种停止集装箱或其他负载的摆锤式 摇摆运动的方法，使该集装箱能静止不动地直接停止在它要放入的单元 之上的转移位置上，同时消耗的时间和能量最小。
本发明的目的还在于提供一种新的和改进的起重机控制系统，它可 实现本发明的新方法，并且可以通过一系列的自动操作，使集装箱停止 时不产生摇摆运动。
根据本发明的方法，通过使小车不是一次，而是二次迅速连续地停 止，而消除集装箱的摆锤式摇摆运动。小车的第二停止点是直接在该集 装箱要下降并放入其中的单元的上方。小车的第一停止的位置在未到达 直接位于该单元之上的第二和最终位置的位置上。小车只是瞬时地停在 第一位置。然后，小车以一个可控制的速度运动至直接在集装箱船的该 单元上方的第二个停止位置。
当小车停止在第一位置时，集装箱不停止，而是象摆的摆锤一样， 开始向前摆动。然后，小车以一个可控制的速度向前运动，使该小车在 摆的完整周期的第一个四分之一圆弧的最后终点处赶上该集装箱，而在 该最后终点处，摆将暂停下来和停止运动。假如允许该集装箱摆动一个 完整的摆周期，则小车第一次停止和第二次停止之间的时间间隔与该完 整的摆的摆动周期的第一个四分之一相适应。小车的第一次和第二次停 止位置之间的距离与在该摆的摆动周期的第一个四分之一过程中，该集 装箱运动的水平分量相适应。在小车的第二次停止位置处，小车直接位 于该集装箱的上方，并且，悬挂的钢丝绳在竖直方向延伸。在摆的摆动 周期的第一个四分之一的终点，该集装箱停止，并且小车也停止，因为 小车已赶上了该集装箱。在摆的正常的摆动运动中，摆锤在摆动周期的 第一个四分之一的终点停止下来，然后，由于重力对该摆锤的作用，而 向相反的方向摆动回来。然而，该集装箱却不会摆动回来，而只是保持 静止不动，因为该集装箱已经处在相对于形成该摆的枢轴的小车的最低 点了。结果，该集装箱不具有任何能引起反向摆动运动的重力能或位 能。另外，该集装箱也不具有任何动能，因为该集装箱已经到达停止位 置。该集装箱保持静止不动，因为该集装箱不具有任何能引起它运动的 动能或位能。
本发明的方法也可用于将一堆货运集装箱精确而快速地放置在集 装箱船的甲板上。当集装箱船的一个区域的所有单元或舱都放满了货运 集装箱时，另外的集装箱经常是堆叠在甲板上和彼此堆叠在一起，并牢 固地固定在船上，以增加这样运输船只的货运能力。本发明的方法可以 将每一个集装箱运到甲板上的所希望位置，并使该集装箱完全停止，没 有任何多余的摆动运动。
集装箱起重机也可用于从集装箱船上卸货。这时，可操纵集装箱起 重机，将每一个集装箱从船上放置它的单元内提出来，并把该集装箱运 到一个输出位置。该输出位置可以是在一辆等待中的带双轮拖车的长车 上，或在火车车厢上。本发明的方法也可以操纵小车，将该集装箱水平 地运至直接位于所希望的输出位置之上的位置处。在该所希望的输出位 置上，集装箱完全停止，没有任何多余的摆动运动。根据本发明，该小 车不是停一次，而是快速连续地停二次。第二个停止位置直接就在所希 望的输出位置之上。第一个停止位置与第二个停止位置之间间隔比较 短，它们隔开的距离相当于在摆的摆动运动的一个完整周期的第一个四 分之一过程中，该集装箱所走过的水平距离。小车在第一位置停止即开 始了摆的摆动运动周期的第一个四分之一，但该小车是以一个可控制的 速度，在第一和第二位置之间运动的，使得当该小车到达第二位置时， 它正好赶上该集装箱。小车在第一和第二位置之间的运动所经过的时间 相应于该集装箱的摆锤式摆动运动周期的第一个四分之一的持续时 间。本发明的方法的作用是可将该集装箱的摆动运动限制至其摆锤摆动 运动周期的第一个四分之一处，以使该集装箱能直接静止不动地停止在 所希望的输出位置之上。然后，迅速地将该集装箱降下，直至它停放在 卡车、火车车厢等上面的输出位置上为止。
摆的摆动周期的第一个四分之一的持续时间可以通过一系列测试 操作，根据经验决定。集装箱在摆的摆动运动周期的第一个四分之一期 间所走过的水平距离也可用同样的方式决定。持续时间主要是摆长度的 函数。当摆长度增加时，持续时间增加。摆的摆动周期的第一个四分之 一的持续时间与负载重量的函数关系要小得多，该负载包括集装箱和扩 张器杆或其他用于使该集装箱与提升钢丝绳系统连接以使该集装箱从 小车上悬挂下来的抓紧装置。如果不是由于空气摩擦和对摆的摆动运动 的其他形式的摩擦阻力的影响，则摆一个循环的周期，或持续时间与负 载(或摆锤)的重量完全无关。摆锤重量和摆一个循环的持续时间之间 的几乎独立的关系是由这样的事实产生的，即不论下落物体的重量或质 量如何，由于重力作用产生的下落物体的加速度为一常数。从古时以 来，人们已经知道，除了空气阻力的作用以外，沉重的或苯重的物体和 较轻的物体，由于重力的作用均以同样的速度落下。在集装箱起重机 中，集装箱的摆动运动受到空气摩擦和钢丝绳悬挂系统中产生的摩擦的 阻碍。对于沉重的集装箱而言，对集装箱摆动运动的摩擦阻力没有对轻 集装箱那么重要。结果，摆的摆动循环的持续时间或周期，在一定程度 上受到集装箱重量的影响。在集装箱的象摆一样的摆动周期的第一个四 分之一过程中，该集装箱所走过的水平距离，在一定程度上也是该集装 箱重量的函数。摆的长度很容易调节和控制，并且通常对于要装在任何 一艘特定的集装箱船上，或从其上卸下的所有集装箱，基本上是相同 的。所有集装箱的重量趋向于大致相同，特别是当集装箱中装入同样或 相似的货物时更是这样。摆的摆动运动周期的第一个四分之一的持续时 间与装有不同重量的货物的集装箱重量之间的关系，可以通过一系列的 测试操作，根据试验来决定。
本发明的方法可以由控制集装箱起重机的操作者人工地进行。通常 的情况是，起重机的控制系统可使操作者完全控制小车在二个方向上的 移动，以及集装箱在二个方向上的提升运动。一般，操作者还可以控制 整台起重机沿着在船坞或安放起重机的码头上的轨道的运动。
然而，本发明的方法最有利的是用本发明的装置来实现，采取该装 置时，起重机的各种操作，在很大程度上可以自动地进行控制。最好， 该小车应配备一个可反向的变速驱动电机，以及一个电气操纵的离合器 和制动器。为了控制对该电机、离合器和制动器的电力供应，还应设置 小车的动力控制装置。
同样，为了精确地控制集装箱的升降，还应配备带有一个可反向的 提升电机以及一个电气控制的离合器和制动器的用于提升负载的提升 装置。为了控制对该电机、离合器和制动器的电力供应，最好应设置一 个提升动力控制装置。
最好，使用一通用或专用的计算机，以便将控制信号输送给小车动 力控制装置和提升动力控制装置。
该提升控制装置最好包括一个编码器，用于将编码的电气信号送往 计算机，以显示摆系统的有效摆长，该摆系统包括由小车提供的枢轴装 置，由提升钢丝绳系统提供的悬挂装置和包括该集装箱和扩张器杆或其 他抓紧装置在内的摆锤。
同样，该小车驱动系统最好包括一个小车位置编码器，用于将编码 信号送往计算机，以显示该小车的位置，最好还显示该小车被驱动运动 的方向。
起重机最好还包括一个集装箱重量传感器或编码器，用于将编码信 号送往计算机，以显示该集装箱或其他被提升装置抓取的负载的重量。
扩张器杆或其他抓紧装置最好为电气操纵或控制的，以便使该扩张 器杆能抓紧和放开该集装箱。最好将扩张器杆的动力控制装置连接在扩 张器杆和计算机之间，以便从计算机发出的信号可以控制该扩张器杆。
为了能人工控制起重机，计算机应配备包括小车驱动输入控制装 置、提升输入控制装置和扩张器杆控制装置的人工操纵输入装置。所有 的控制装置可以由一个标准的计算机键盘，或者一个或更多个特殊的键 盘，或者其他控制装置提供。
计算机配备有一个软件程序或某个其他的程序，以使计算机能为集 装箱船的每一个单元决定小车的第一和第二个停止位置。程序还可使计 算机能够决定摆的摆动周期的第一个四分之一的持续时间，以及在摆的 摆动周期的第一个四分之一过程中，该集装箱所走过的水平距离。利用 这个信息，计算机就可以决定小车的第一个和第二个停止位置之间的距 离。该程序还可使计算机能够决定小车的起动和停止时间，以及当小车 在第一和第二个停止位置之间运动时，驱动小车运动的速度。这样，当 小车和集装箱二者同时到达直接位于装该集装箱的单元或其他地方的 上方的第二位置时，该小车正好赶上该向前摆动的集装箱。
该计算机程序还可使计算机，在小车停止在第二位置时，让提升电 机将集装箱降低，放入集装箱船的选择好的单元中。
当该集装箱与单元的底面，或事先装进该单元中的另一个集装箱接 触，而使该集装箱的向下运动停止时，该程序可使计算机将扩张器杆松 开，并使提升电机将该扩张器杆升高至事先由程序决定的高度。然后， 该程序还可使计算机发出信号，使小车驱动电机将小车运动至要装入该 集装箱船中的下一个集装箱上方的位置。此后，该程序又可使计算机发 出信号，将该扩张器杆降下，使之与该下一个集装箱接合，以便抓紧和 提升该下一个集装箱。
操作者可以中断在计算机控制下执行的一系列自动化的功能，以使 操作者可以手动控制小车驱动装置、提升驱动装置和扩张器杆驱动装 置。
虽然本发明主要是结合将货运集装箱装在集装箱船中的情况来说 明的，但本发明也可用于将满的或空的集装箱从集装箱船或其他车辆 (例如火车车厢和卡车)，以及从放置或存放满的或空的集装箱的储料 场和其他地方卸下的作业。在卸下作业过程中，本发明可以将扩张器杆 或抓紧装置或任何其他形式的抓紧装置，直接停止在要卸下的集装箱的 上方，同时可将该扩张器杆的摆动运动限制至其摆锤式摆动运动周期的 第一个四分之一处。当该扩张器杆带着一个空的集装箱时，本发明可使 该集装箱直接停止在安放位置的上方，同时将该集装箱的摆动运动限制 至与该集装箱的摆锤式摆动运动周期的第一个四分之一相应的绝对极 小值。在所有情况下，起重机的小车都停止在第一位置，然后，快速地 运动至直接位于所希望的最后位置上方的第二位置处。当该小车到达第 二位置时，小车赶上了该集装箱或扩张器杆，因此，小车静止不动地停 止在所希望的位置之上。然后，该集装箱或扩张器杆下降，以完成所希 望的装卸作业。本发明也可适用于用其他的负载装载装置装载的其他 形式的负载的装卸作业。
虽然本发明特别适用于控制集装箱起重机，但本发明也可以用于控 制适合于提升和运输其他负载，例如，可以由电力操纵的抓斗抓取和装 载的松散的粒状散料的起重机。
本发明特别适用于门式集装箱起重机，但它也可适用于许多其他形 式的起重机，特别是行走式起重机(trolley crane)，例如，经常是安装在 工业和仓库建筑物中，也可以安装在室外储料场上的高架行走式起重 机。
附图的简要说明
图1为装备有一个起重机控制和操纵系统的集装箱起重机的侧视 图，该系统将作为本发明的一个优选实施例加以说明；
图2为从图1的2-2线所示方向看的起重机的侧视图；
图3为一部分放大的示意性正视图，它表示在该集装箱起重机上的 移动小车的三个顺序位置，还表示被钢丝绳提升系统从该小车上悬挂下 来的一个货运集装箱和用于可放开地抓紧该集装箱的一个扩张器杆装 置；
图4为通常从图3的4-4线方向看的该集装箱和扩张器杆的部分侧 视图；
图5为与图3的一部分相应的局部放大的示意性正视图，它表示将 该集装箱从小车上悬挂下来的提升钢丝绳系统和扩张器杆装置；
图6为与图3的一部分相应的一个放大的示意性正视图，它表示对 于悬挂钢丝绳系统几个不同长度的该起重机控制系统的工作模式；
图7为一示意图，为了说明该控制系统的工作模式，它将悬挂钢丝 绳系统和该集装箱表示为一摆系统；
图8为表示本发明的集装箱起重机控制和操纵系统的方框图；
图9为表示本发明的一个改进的实施例的局部正视图，在该实施例 中，该扩张器杆装置由一抓斗代替，用于搬运疏松或粒状物料，图中表 示的是抓斗的关闭位置；
图10为与图9相似的视图，但表示抓斗处在打开位置；
图11为一个改进的实施例的侧视图，在该实施例中，将本发明用 于一个具有静止的支承结构的高架移动式起重机；
图12为从图11的12-12线方向看的图11的起重机的侧视图。
优选实施例的详细说明
图1表示应用本发明的方法和装置的一个典型的集装箱起重机 10。该起重机10包括一个基本上是竖直的塔架12，在塔架上安装着一 个基本上水平的起重臂14。该塔架12装有带凸缘的轮子16，该轮子 16支承在码头或船坞20上的一对平行轨道18上。集装箱船22(图3) 可以进入船坞靠在该码头或船坞旁边。
如图3和4最清楚地表示那样，该水平起重臂14带有一个可移动 的小车24，小车具有可转动的轮子或滚子26。该轮子或滚子26可沿 着包括一个或多个安装在起重臂14上，并实际上沿着起重臂全长延伸 的水平导轨或轨道28的导轨装置运动。
小车24上安装着提升装置30，用于支承和提升可以抓紧和提升一 个标准货运集装箱34的一个扩张器杆装置32。
该提升装置30包括一个提升钢丝绳系统36，利用这个钢丝绳系 统，可将该扩张器杆装置32从该移动小车24上悬挂下来。该提升钢丝 绳36缠绕在该小车24上的一组滑轮38和该扩张器杆装置32上的滑轮 40周围。一根或多根钢丝绳36，沿着基本上是水平的方向，从小车24 上的滑轮38延伸至安装在起重臂14上的一个机房48中。该机房48包 含有提升机械(没有示出)，用于卷绕和放出提升钢丝绳36，从而可 在操作人员的控制下，使扩张器杆装置32上升和下降。操作人员可以 在机房48中，或最好在能在操作者控制下，沿着起重臂14移动的一个 座舱或车斗50中有一个工作站。
如图2所示，操作者座舱50具有一个单独的悬挂臂或小车52。该 臂或小车装有滚子或轮子54，可以沿着在起重臂14上的一个单独的水 平轨道56滚动。该座舱50带有一个驱动系统(没有示出)，该系统由 机房48中的机械操纵。这样，操作者可以根据需要，使座舱50沿着轨 道56移动至能移最清楚地看见集装箱34和扩张器杆装置32的位置(一 般，如图1中实线所示位置)，或者移动至能最清楚地看见船22上、 或码头20上、或岸上、或驳船上、或其他装有或放置着该集装箱34的 任何位置的位置处；或移动至能最清楚地看见要卸下或搬走该集装箱的 任何位置。该座舱50可以独立地沿着轨道56运动至任何所希望的位 置，例如，图1中虚线所示的，在码头20上的双轮拖车62上方的位置。
机房48也包括有驱动机械，它用于在操作者控制下，使小车24沿 着起重臂14，在任何一个方向上运动，从而可将小车24，沿着起重臂 14运动至任何所希望的位置。该驱动机械可通过一个钢丝绳系统，或任 何其他已知的或适当的装置与小车24连接。
该集装箱起重机10可以用于将货运集装箱32装在集装箱船22 上，或从船上卸下。如图1所示，该船22被分割成许多单元或舱58。 在每一个单元58中，可以堆叠相当多的货运集装箱34。为了根据需要， 关闭单元58的上端，以保护集装箱不受气候变化影响，设有可卸下的 舱口盖60。该舱口盖60还可在其顶上支承作为牢固地捆紧，或用其他 方法固定在甲板上的一种甲板负载的另外的集装箱。
装好的货运集装箱34，由带平底的双轮拖车的卡车或火车车厢运 至码头或船坞20处。图1和4表示一辆双轮车62、集装箱34中的一 个已放在其上，运往码头20，以便由起重机10卸下。然后，再利用该 拖车62将集装箱34装入集装箱船22的一个单元或舱58中，或作为一 种甲板负载装在船22上。
一般，操纵起重机10时，要沿着起重臂14推动小车24，使扩张 器杆抓紧装置32位于双轮车62上的货运集装箱34之上。然后，操纵 提升装置30，将该扩张器杆32降下，直至它抓紧该集装箱34为止。 然后，再利用提升装置30，将集装箱34提升至该集装箱34不受船坞 20和船22上的任何障碍物妨碍的高度。再操纵小车24的驱动装置，将 小车24移动至集装箱船22的所希望的单元或舱58上方的位置，或是 船上的一个甲板装载位置之上的位置。然后，再操纵提升装置30，将 集装箱34降下至单元58中，直至集装箱34与单元的底面接触，或与 事先已经装在该单元中的另一个集装箱的顶部接触为止。然后将该扩张 器杆装置32从该货运集装箱34上松开，随后，利用该提升装置30， 将该扩张器杆装置32升高退出该单元58，并向上提升至有一定间隙的 高度。然后，再操纵小车驱动装置26，将小车24沿着起重臂14向内 移动，直至扩张器杆32处在码头20上方，准备好降下，与要装入船22 中的下一个集装箱34接合。
在先前操纵集装箱起重机和其他类似的起重机，以便提升和运输集 装箱或其他负载时，遇到一个问题，就是如何将该集装箱34迅速地和 精确地放置在单元或舱58之上的一个静止不动的位置上，以便能将集 装箱34降下至单元58中，而与单元的壁面接触最小。这个问题是由这 样的事实引起的，即摆实际上是由包括该集装箱34和扩张器杆32的悬 挂负载，包括提升钢丝绳36的悬挂装置和包括可移动的小车24的枢轴 支承组合构成的。摆的摆锤是由沉重的货运集装箱34和相应的扩张器 杆32构成的。当小车24沿着起重臂14运动，在水平方向运送该扩张 器杆32和集装箱34时，小车24的起动和停止引起该集装箱34和悬挂 钢丝绳36的重复或振荡的摆动运动。摆锤式的重复的摆动运动很难使 该集装箱在任何所希望的地方，例如，直接在单元58上方的地方，或 要放置集装箱34的任何其他地方，停止在一个静止不动的位置上。在 使集装箱精确定位，以便能降下至不同的单元58中的过程中，集装箱 的摆锤式的摆动运动，会造成宝贵时间的丧失或浪费。
图7为一个摆的图，它对说明本发明的方法有帮助。利用本发明的 方法可以消除摆的重复的摆动运动的有害影响。根据本发明的方法，通 过使移动小车24不是一次，而是二次以相当快速的顺序停止，可以使 货运集装箱34完全静止不动地直接停止在要放置集装箱的所希望的单 元58之上。当小车24沿着起重臂14，在向外方向上行进时，该小车 会停止在第一个枢轴位置64，(如图7所示)。小车24再次开始向外 行进，并完全停止在直接位于所希望的单元58，或任何要放置该集装 箱或其他负载的地方之上的第二个枢轴位置66上。小车24形成了摆的 枢轴，该摆还包括悬挂钢丝绳36和集装箱34，或其他构成摆的摆锤的 负载。当小车24停止在第一个枢轴点64时，集装箱34或其他负载的 动量使该集装箱从第一(或零点)位置67，沿着小车24运动的方向， 向外摆动。假如小车24保持在第一枢轴位置64，则起摆的摆锤作用的 集装箱34，将沿着其摆锤式摆动周期的第一个四分之一，向外或向前 摆动，并在第一个暂停位置68处，达到完全但却是瞬时的停止。该第 一个枢轴位置64的地点应选择得使该第一个暂停位置68，基本上直接 位于集装箱34的所希望的最后的停放位置70之上方，而该集装箱34 则直接位于所希望的单元58，或任何其他放置该集装箱的地方之上方。
然而，根据本发明，小车24只是暂时地停止在第一枢轴位置64上。 然后，小车24再次开始向外运动，并且以该小车24能赶上该集装箱34 的速度和时间，向外或向前运动，最后停止在第二个枢轴位置66上， 同时该集装箱34到达其最后停放位置70。在最后的停放位置70处， 先前运动的集装箱34的动能耗尽，并且集装箱34的相对的重力能或位 能也耗尽，因为该集装箱34在其最后的停放位置70上，而该位置与小 车24停在第一个枢轴位置64上时，该集装箱34所占据的第一(或零 点)位置72在同一高度上。因为集装箱34在第一位置72和最后停放 位置70之间摆动，该集装箱34首先向上运动，然后，当小车24赶上 该集装箱34时，向下稳定下来。
小车24在其第一和第二个停止位置64和66之间所走过的距离非 常接近于集装箱34在其第一(或零点)位置72和第一暂停位置68之 间，沿着摆的摆动运动周期的第一个四分之一所走过的水平距离。应预 先选择小车24在其第一和第二位置64与66之间所走过的距离，使它 精确地与集装箱34在其第一(或零点)位置72和其最后停放位置70 之间摆动时，该集装箱34所走过的水平距离相适应。通过操纵提升装 置30，可使集装箱34，直接从其最后停放位置70降下至所希望的单 元58中。
在本发明的方法中，可以控制小车24在其第一个和第二个枢轴位 置64和66上的第一次和第二次停止的时间，使第一次和第二次停止之 间的时间间隔与摆的摆动循环(或周期)的第一个四分之一74相适应。 该摆则由构成摆锤的货运集装箱34和扩张器杆32，构成悬挂装置的钢 丝绳36和构成摆的枢轴装置的小车24组成。摆的周期(或循环时间间 隔)与摆的长度关系很大，而与集装箱34和扩张器杆32的综合重量关 系很小。
图8为用于实现本发明的方法的控制和操纵系统(或装置)76的 方框图。控制系统76包括一台计算机78，用于协调控制系统76的其 他元件的动作。该小车24是由小车控制和操纵装置79驱动，操纵和控 制的。该装置79在图8中用名为“小车驱动电机，离合器和制动器” 方框表示的。这样，该小车由一个通过驱动系统与小车24连接的可反 向电机带动移动，而该驱动系统则包括一个电气操纵的离合器和制动 器。电能可通过用标号为“动力控制”的方框代表的动力控制装置80， 有选择地送往该小车控制和操纵装置79。计算机78通过一个控制引线 82，将控制信号送往该动力控制装置80。控制系统76还包括一个“小 车位置编码器84”，它产生代表小车24的位置的电气信号。这些信号 沿着信号引线86输送给计算机78。
控制系统76还包括提升控制和驱动装置88，它用名称为“提升电 机，离合器和制动器”的方框表示。这样，用于升降扩张器杆抓紧装置 32和货运集装箱或其他负载36的提升装置30包括一个通过一个电气操 纵的离合器和制动器与一个通常的提升装置连接的可反向的电机。电能 通过以标号为“动力控制”的方框90代表的动力控制装置，有选择地 送至“提升电机，离合器和制动器”，同时该动力控制装置还接收计算 机78通过控制引线92送来的控制信号。
扩张器杆抓紧装置32是电气操纵的，它用名称为“集装箱、扩张 器杆”的方框表示。电能通过由标号为“动力控制”的方框表示的动力 控制装置94，有选择地送至扩张器杆32。计算机78通过控制引线96， 将控制信号送往该动力控制装置94。
控制系统(或装置)76还包括一个“集装箱和钢丝绳摆长编码器” 98，用于产生表示摆的长度的编码的电气信号。该摆包括集装箱34、 扩张器杆32、悬挂钢丝绳36和形成摆的枢轴支承的小车24。该编码 信号通过信号引线100送至计算机78中。
控制系统76还包括一个“集装箱重量传感器”102，它可产生表 示集装箱34和扩张器杆32的综合重量的编码信号。这种信号通过第一 条信号引线104送至计算机78中。
控制系统76还包括一个输入装置105。操作者可利用该装置将输 入信号(或指令)送至计算机78，以便对小车24、提升装置30和扩 张器杆32进行手动控制。这样，控制系统76包括用名称为“小车驱动 控制”的方框表示的小车驱动控制装置106。该装置106通过信号引线 108与计算机78连接，操作者可以利用该装置控制小车24的运动方向， 并可在手动控制下，起动和停止该小车24。然而，在大多数情况下， 小车24的起动和停止是由计算机78及其软件或其他程序控制的。因 此，根据本发明的方法，小车24的起动和停止是自动控制的。
控制系统76还包括由名称为“提升控制”的方框表示的手动操纵 的提升控制装置110。该装置110有另一条信号引线112与计算机78 连接，操作者可利用该装置，手动控制“提升电机，离合器和制动器” 88的停止、起动和动作方向。然而，在许多情况下，根据本发明的方法， 这些功能是由计算机78及其软件或其他程序自动控制的。
控制系统76还包括一个“集装箱，扩张器杆控制”114，它具有 一条信号引线116与计算机78连接。操作者可以利用这个装置，手动 控制扩张器杆抓紧装置32的抓紧和松开功能，以便在开始提升功能之 前，和该功能结束以后，手动控制该抓紧和松开功能。然而，在许多情 况下，为了加速实现本发明的方法和当集装箱的重量由提升钢丝绳36 承受时，防止扩张器杆32将集装箱34松开，该抓紧和松开功能是由计 算机78及其软件，或其他程序自动控制的。
计算机78可以配置向计算机78输入集装箱船22的尺寸大小和其 他特性的软件或某种其他程序，使计算机78可以直接将小车24停止在 船22的每一个单元或舱58之上。该程序还可向计算机78输入有关要 堆叠集装箱的上甲板位置的信息。
“小车驱动控制”106，“提升控制”110和“集装箱，扩张器杆 控制”114装置的形式可以为一个标准的计算机键盘，或者一个或多个 特殊的键盘，或其他装置。
计算机78可以具有利用它的存储能力去存储和重新利用，通过控 制装置106，110和114，手动输入计算机78的信息的软件。例如， 从带双轮拖车的卡车62上卸下集装箱34的标准位置，可以手动输入， 并存储在计算机78中，以便计算机重复使用。
当该控制系统76工作时，计算机78利用从编码器98送出的摆长 信号和从重量传感器102送出的集装箱重量信号，来计算由集装箱34， 扩张器杆32，提升钢丝绳36和小车24构成的摆的第一个四分之一摆 动的持续时间。根据本发明的方法，计算机可以利用该程序中的这个信 息和其他信息，来计算在小车的第一和第二停止点64与66之间的相应 的时间间隔和距离，使集装箱能完全停止(没有任何进一步的摆动运 动)在该集装箱34的最后停放装置上，和直接位于集装箱船22的一个 单元58之上，使提升装置30能在计算机78的控制下，通过“动力控 制”90和“提升电机，离合器和制动器”80装置的作用，立即将该集 装箱降下至单元58中，直至该集装箱34停放在单元58的底面，或事 先装在该单元中的另一个集装箱的顶部为止。然后，计算机78利用从 “集装箱重量传感器”102发出的信号，去触发扩张器杆32的松开动 作。计算机78再自动地使“提升电机，离合器和制动器“88工作，将 扩张器杆32提升至程序规定的高度。此后，计算机使“小车驱动电机， 离合器和制动器”78工作，将小车24运动至标准化的程序规定的位 置，该位置位于在另一辆带双轮拖车的卡车62上，安放要卸下的另一 集装箱34的位置的上方。然后，计算机78自动地使“提升电机，离合 器和制动器”装置88工作，将该扩张器杆32降下至程序规定的标准高 度，或直至该扩张器杆32与等待中的集装箱34接触为止。
扩张器杆32可以自动地或手动地工作，以抓紧下一个集装箱34。 此后，计算机78自动地使“提升电机，离合器和制动器”装置88，将 该集装箱34提高至程序规定的高度。然后，计算机自动地使“小车驱 动电机，离合器和制动器”装置78工作，将小车沿着起重臂14向外移 动，并使小车停止在第一个停止点64上。该第一个停止点的位置是计 算机78，根据从“摆长编码器”98送出的摆长信号，从“集装箱重量 传感器”102送出的集装箱重量信号和计算机程序中有关下一个卸载点 66的其他信息计算出来的。如前所述，小车24行进至该下一个卸下点 66需走过一段距离和需要一段与摆的摆动周期的第一个四分之一相应 的持续时间。这个自动化的或几乎自动化的操作循环可以无限期地重 复，直至按照所希望的程度，将集装箱船22装满集装箱34为止。
如前所述，摆的摆动循环的持续时间或周期是摆长的函数。图6 表示根据本发明的方法，改变摆长所产生的效果。摆长是通过操纵升降 扩张器杆32和悬挂在其上的货运集装箱34来改变的。图6中表示了摆 的有效长度为70英尺时的小车24的第一和第二个停止位置64和66， 在该长度时，集装箱34正好在集装箱船22的单元或舱58的上方。如 上所述，小车24的第一和第二个停止位置64和66之间的距离相应于 在摆的摆动周期的第一个四分之一过程中，集装箱34所走过的水平距 离。这个距离是摆的有效长度的正函数。结果，当摆的有效长度为可能 的最大值时，第一和第二个停止点64和66之间的距离为最大。
假如通过将集装箱34悬挂在较高的高度而把摆的长度减小，则小 车24的第一和第二个停止点之间的距离也必需减小，以便使集装箱34 静止不动地直接停止在单元或舱58的上方。这样，假如将摆的有效长 度从70英尺缩短至60英尺，则小车24的第一个停止点必须移动至更 靠近第二个停止位置66的位置64Q。假如摆的有效长度从60英尺减小 至48英尺，则小车24的第一个停止点必须移动至进一步靠近第二个停 止位置66的位置64b。同样，假如摆的有效长度从48英尺减小至40 英尺，则小车24的第一个停止点必须移动至再进一步靠近第二个停止 位置66的位置64C。对计算机78进行编程，以便将第一个停止点64 调整至使距离第二个停止点66的距离为摆的有效长度的正函数或渐增 函数。该距离可用“摆长编码器”98测量，它将编码的摆长信号，沿 着信号引线100输送给计算机78。第一和第二个停止点64和66之间 的时间间隔也是摆的有效长度的正函数或渐增函数。这个时间间隔与摆 的摆动周期的第一个四分之一相适应。
尽管本发明特别适用将标准的货运集装箱装在集装箱船中，或从该 船下卸下，但是，本发明也适用了搬运其他形式的货物(例如，疏松的 和粒状的散料)。为了搬运这种物料，要把扩张器杆32取下，更换成 抓斗132。图9中表示该抓斗在关闭位置，而图10则表示该抓斗在打 开位置。当使用不采用本发明的抓斗132时，在装满和关闭的抓斗停止 在所希望的卸载或转移位置(例如，直接在一个可能相当小，不比该关 闭的抓斗132大多少的漏斗的上方的位置)的上方时，该抓斗132会作 象摆一样的摆动运动。如果在摆的摆动运动停止之前，该抓斗打开，则 某些从该抓斗132中排出的散料可能没有落到漏斗中，造成物料损失和 环境脏乱，需要定期的清扫。
如结合图1-8所述的那样，通过用抓斗132代替在提升钢丝绳36 上的扩张器杆抓紧装置32，则可利用本发明，使该抓斗132直接地、 完全停止在漏斗2或其他所希望的转移或卸载位置之上，而不会有任何 象摆一样的摆动运动。
虽然，迄今为止是对用在一种集装箱起重机10上，并且具体地是 对集装箱船进行装卸的情况来说明本发明的，但是，本发明实际上可适 用于所有形式的起重机。图11和12表示将本发明用在具有一个第一个 细长的移动式小车142的工业式高架移动式起重机140上的情况。该小 车142具有二组轮子或滚子144，它们支承在一对互相隔开一定距离的 水平高架轨道146上，并可沿着该轨道滚动。该一对高架轨道146由一 对包括垂直立柱150和倾斜支撑152的侧面结构148支承。图中所示的 该侧面结构148为独立式的，但它也可以包括在工业建筑物或仓库建筑 物的侧壁中。如图所示，该高架移动式起重机140特别适用于搬运存放 在室外储料场上的货物或负载。当该侧面结构148包括在建筑物的墙壁 中时，该高架起重机140特别适合于提升和运载在工业厂房和仓库中的 机械或机械零件、工件材料、货物和其他负载。
该第一台移动式小车142包括一个横向或交叉的轨道154。第二台 (或者横向)小车156可在该轨道上移动。该第二台小车156具有轮子 或滚子158，它们由横向轨道154支承，并可沿着该轨道滚动。
该第一台小车142还包括一个刚性的水平结构或横杆160。轮子或 滚子146可转动地安装在该横杆上，这样，利用该轮子146，横杆160 可以沿着高架轨道146移动。
在该横向结构160和横向轨道154之间设有一对提升装置162。每 一个提升装置162包括有提升用钢丝绳164和提升机166(最好是电气 操纵的)。如图12所示，该提升机166安装在该第一台小车142上， 在小车142的相对端附近。提升用钢丝绳164架设在提升机166和横向 轨道154的相对末端之间。可以操纵提升机166和提升用钢丝绳164， 将横向轨道154升高和降低。
为了使第一台小车142沿着静止的侧向轨道146移动，设置了机械 172或其他装置。最好，该机械172是电气控制和操纵的。为了使该第 一台小车沿着彼此隔开一定距离的高架侧向轨道146，在二个方向上移 动，在机械172和第一台小车142之间，设有一个钢丝绳系统174。
如图12所示，为了使第二台小车156沿着横向轨道154，在二个 方向上移动，该第二台小车156包括有机械或其他装置176。最好该机 械176是电气操纵和控制的。该机械176也可以安装在横向轨道154上。
该第二台小车156设有负载装载装置168，任何所希望的负载均可 与它连接。图中所示的该负载装载装置168包括一个钩子170，但也可 如上所述，包括一个扩张器杆，一个抓斗等。
该高架移动式起重机140的各种部件构成一个摆。摆的摆锤包括横 向轨道154，第二台小车156，负载装载装置168和与它连接的负载。 摆的悬挂装置包括提升用钢丝绳164。摆的枢轴支承包括安装在第一台 小车142的横向结构160上的提升机166。
由于该摆的形状，当第一台小车142起动或停止时，该横杆、第二 台小车156、负载装载装置168和与该装置连接的负载会作象摆一样的 摆动运动。然而，当将本发明用于使第一台小车142移动的机械172上， 和供在其上可移动地安装着第二台小车156的横向轨道160的升降之用 的提升机166上时，可以使横杆160，第二台小车156，钩子170和负 载完全静止不动地停止下来，不会有任何多余的摆动运动。本发明还可 用于使第二台小车156，沿着横向轨道154，在横向方向移动的机械176 上。
如上面结合集装箱起重机10所说明的那样，通过使第一台小车 142，以相当迅速的次序，在第一和第二个停止位置上停二次，可以使 包括横向轨道154、第二台小车156、钩子170和与它连接的负载的摆 动地支承的部件完全停止，而不会有任何多余的摆锤式摆动运动。在图 11中，用虚线表示的部件在第一个停止位置，而用实线表示的部件在第 二个停止位置上。
根据本发明，在第一和第二个停止位置之间的距离和它们之间的时 间间隔与摆的摆动周期的第一个四分之一相适应。更具体地说，第一台 小车142的第一个和第二个停止位置之间的距离与在摆的摆动周期的第 一个四分之一过程中，摆的摆锤所走过的水平距离相适应。第一和第二 停止位置之间的时间间隔与摆的周期整个持续时间的第一个四分之一 相适应。
通过将横向轨道154与横向结构160综合，并使第二台小车156的 轮子158，沿着横向结构160行走，则可以改进图11和图12所示的高 架式起重机140，并使之简单化。然后，将提升装置162中的一个装置 连接在第二台小车156和钩子170，或某个其他的负载装载装置(例如， 扩张器杆或抓斗)之间。在改进的起重机中，提升机166中的一台安装 在第二台小车156上。一组提升用钢丝绳164在提升机166和钩子170， 或某个其他负载装载装置之间延伸。如前所述，第二台小车156包括， 或与沿着支承结构160，在相反方向移动第二台小车156的机械或其他 装置176连接。该机械176也可安装在横向结构160上。本发明可以象 结合图11和图12所示的高架式起重机140所述的方式一样，用在改进 的结构中。
将操作者座舱50安装在具有支承在单独轨道56上的滚子54的单 独小车52上是本发明的一个重要特点，因为座舱50和操作者不会受到 主要小车24突然停止的干扰影响，从而可以水平地运送，停止和起动 集装箱34或其他负载。根据本发明，不应把操作者座舱50安装在主要 小车24上，因为小车24的突然停止和起动可能使操作者感到不舒服或 受伤害。
图5表示本发明的另一个特点。利用这个特点可以减小或抑制集装 箱34或其他负载的摇摆，特别是当集装箱是空的(因而，重量轻)， 或当构成摆的悬挂装置的钢丝绳36特别短时(因为，这时集装箱34已 被提升至集装箱停止的特定高度)，或者当两个条件都存在时，更是如 此。如图5所示，钢丝绳36是卷绕在小车24上的许多滑轮38和扩张 器杆32上的许多滑轮40周围的。滑轮38在小车24上位于同一高度， 但彼此在水平方向隔开一定距离。同样，滑轮40在扩张器杆32上位于 同一高度，但在水平方向彼此隔开一定距离。
钢丝绳36包括许多水平隔开一定距离的，一般为垂直的条板182 和184，它们卷绕在滑轮38和40周围，并沿着基本上垂直的方向，在 滑轮之间延伸。
根据本发明的特点，最好在扩张器杆32上设置一个偏转或扩张装 置186，以便与条板182和184接触并推着它们，使它们在垂直隔开一 定距离的滑轮38和40之间，在沿着条板182和184的位置上，使它们 偏转和把它们扩张分开。偏转装置186也可放置在小车24上。然而， 如图5所示，该扩张装置186包括许多水平隔开一定距离的滑轮188和 190，它们安装在扩张器杆32的托架装置192上，以便在缩回位置和伸 出位置之间作基本上为水平的运动。在图5中，滑轮188和190的伸出 位置用实线表示，而缩回位置用虚线表示。如图5所示，滑轮188和190 是利用许多滑动地安装在托架装置192上的滑动装置194和196，滑动 地安装的。滑轮188和190可以在缩回位置和伸出位置之间，利用一个 动力装置快速地运动。在图5中，该动力装置表示为一个可在滑动装置 194和196之间动作的气缸198。也可以使用其他的动力装置。
动力气缸198最好由作为起重机10的操作者的人控制。当滑轮188 和190在缩回位置时，如图5中虚线所示那样，该滑轮完全与钢丝绳36 的条板182和184脱离接触。当操作者使动力气缸198工作时，滑轮188 和190在相反方向上作水平运动，彼此分开，使它们与条板182和184 接触，并使条板182和184向外偏转，从而，在沿着滑轮38和40之间 的条板182和184放置的位置上，滑轮188和190被扩张开来。条板182 和184扩张具有减小和抑制扩张器杆32和集装箱34摆动运动的作用， 特别是当钢丝绳条板182和184特别短，或者当集装箱34为空的(因 而重量轻)时，更是如此。
当集装箱34或其他负载重量轻时，集装箱的质量可能比扩张器杆 32的质量小，或者可以与后者相比较。这样，摆系统的质量中心向上偏 移。当钢丝绳条板182和184的长度异常短时，质量中心的这种向上偏 移的作用特别显著，因为集装箱34已经提升至一个异常高的高度。设 置扩张条板182和184的偏转装置186提供了当小车24突然停止时， 减小和抑制集装箱34的摆动运动的另一种装置。
所以进行各种各样其他的改进，采用另一种结构和与它相当的结 构，而不会偏离下面权利要求书所公布的本发明的真实精神和范围。