带有防摇摆装置的集装箱船卸货机 本发明涉及到用于在不同地点之间运送货载的设备与方法。具体地说，本发明涉及到改进在码头和船只之间运送货物的吊车的结构与操作。
在过去的几十年内，在船只和码头之间装卸海运货物方面已发生了很大的变化。最值得注意的改进是开发并使用了集装箱船和集装箱吊车。集装箱船可装卸封装在标准矩形集装箱内的货物，从而可用具有适当结构的设备从一个地点到另一个地点有条理地运送集装箱并将集装箱叠放起来以便存储和作进一步的装卸。集装箱吊车是可以在铁轨上沿码头纵向移动的大型码头用轨道吊车。这种类型的吊车一般带有一大型的水平吊运车横梁或桁梁，该横梁或桁梁垂直且永久地固定在某一特定高度处并延伸到停泊在码头旁边的船只上方。沿着吊运车桁梁有一装在该桁梁上的可移动式行车或吊运车。吊运车上的钢丝绳悬吊着也称为传送装置的起重梁上，该起重梁设计成能通过称为绞合锁的装置与货物集装箱地边角相接合。Loomis等人的美国专利第3749438说明了一种绞合锁式的装置。吊运车可沿吊运车桁梁移动。如果吊运车的一部分能绕铰接点枢轴地上升和下降以便在码头与船只之间的整个水平距离上运载货物集装箱，则将这部分称为起重臂。吊运车也可沿水平轨道垂直地提升或放下集装箱从而能绕过轨道上的任何障碍物。
这种典型的单吊运车式集装箱吊车有若干缺陷，其中一个缺陷是永久固的吊运车桁梁必须位于足够高的位置处以便能在不同尺寸的集装箱的上方工作。由于所说的桁梁必须设置并固定在一定高度处，所以会增加司机的视差并且会增加所述传送装置要定位于吊装集装箱位置处的距离。尽管这种单吊机式吊车是为吊运车水平高速行进以加快作业周期而设计的。但是，钢丝绳通常将集装箱悬吊在吊运车下方的某一距离处，这会产生不希望有的摇摆现象，从而会增加作业时间。
在注意到了单吊运车式吊车局限性的情况下，另一些先有技术使用了双吊运车式吊车，这种吊车以非常类似于成队运水的消防队员所熟知的方式将作业周期分成两个阶段。消防队员的运水编队能较快地将水桶从一个人传递给另一个人，而不是人人分别从水源跑到火灾现场。以下美国专利说明了使用双吊运车原理的码头用集装箱吊车的实例：美国专利第3812987号(Watatani)、第4046265号(Wormmeester等)、第4106639号(Montgomery等)、第4172685号(Nabeshima等)、第4293077号(Makimo)以及第4599027号(Knapp)。
上述专利说明了不同类型的吊车，其中一些使用了带有一第二吊运车的固定式中间装卸台，另一些则使用了升降式中间装卸台。尽管利用中间装卸台可以实现较高的生产率，但是，将作业周期分成两部分会使设备复杂化，因而使得设备相当昂贵。还需要两个司机来操纵一台双吊运车式吊车，这又会显著地增加设备的作业成本。
因此，本发明的一个目的是提供一种带有水平吊运车桁梁的码头用吊车，所说的桁梁在码头和停泊的船只的上方延伸，上述吊车可以升降以使吊运车桁梁定位于上下极限位置之间的任何高度处，并且，上述吊车还带有可沿上述桁梁移动的吊运车，该吊运车则带有一传送装置，以便将货物抬离码头及船只或将货物放置在码头及船只上。
本发明的另一个目的在于进行改进，通过改进，可以将吊运车桁梁安全且有间隔地设置在船只作业高度附近。因此，当把货物移至或移离船只时，可以用传送装置快速地提升货物，而所说的传送装置则紧紧地卡在吊运车上，从而，可沿桁梁的长度方向无摇摆地以较高的加速度和速度移动吊运车和货载。
本发明的又一个目的是通过将吊运车桁梁降至能使货载绕过船只上任何障碍物的最低可能高度而使码头用吊车的垂直起重距离减至最小。
本发明的再一个目的提供一种在较低高度处以独立方式装在吊运车桁梁上的驾驶室，因此，司机在装卸货载时处于较为有利的位置，从而能更快、更精确地进行定位作业。
本发明的还一个目的是提供诸如延伸至货载重心下方的叶片之类的结构，以便使集装箱的摇摆减至最小并避免对起重缆绳过度加力，如果没有上述叶片，在较大的加速或减速期间就会存在有所说的过度加力。
本发明的另外一个目的是提供一种方法，在这种方法中，通过简化装载或卸载过程中的各个步骤，可以减少装载或卸载作业的时间。
本发明还包括直接与可垂直移动的吊运车桁梁中所使用的机械技术有关的方法。这种方法包括一系列步骤，通过这些步骤，可在使吊运车对船只上的堆垛货物进行装卸的同时将吊运车的桁梁定位于一定的高度。然后，在装载或卸载堆垛货物时，可将吊运车桁梁移至一第二高度以使吊运车对船只上的另一些堆垛货物进行装卸。在本发明的这一方面，所说的方法通常包括将吊运车垂直移至一定高度这样一个步骤，所说的高度大致等于下列高度：(A)使传送装置在提供至紧靠吊运车时该装置底部与所要装卸集装箱的船只上指定集装箱货位的顶部之间的距离减至最小的高度，或者(B)使得传送装置提升至紧靠吊运车时吊位于该传送装置下方的集装箱的底部与集装箱在码头和船只上指定集装箱货位间移动时所要绕过的最高障碍物之间的距离减至最少的高度。在吊运车桁梁位于由这些参数所决定的近似高度时，所说的吊运车就可以在码头与船只之间移动货物。上述高度适用于位于甲板上的集装箱，也适用于对般舱装卸集装箱。
通过提供垂直的桁架装置，可以在码头用起重机中实现本发明的上述及其它目的，所说的桁架装置包括：位于码头水边附近支承在码头上的支承结构；加长的桁梁装置，此装置安装在上述桁架装置上并在码头以及与该码头相邻的可停泊船只以装卸货物的水面的上方水平地延伸；升降装置，此装置用于使上述桁梁垂直升降以改变该桁梁在码头和停泊船只上方的高度；上述桁梁装置所携带的运货装置，此装置可沿该桁梁装置在码头和停泊船只的上方水平地移动；以及货物连接装置，此装置通过挠性支承装置悬吊在上述运货装置的下方并可相对码头及停泊船只上的货位作垂直升降，其中，所说的货物连接装置可以充分地上升到运货装置附近并且最好紧紧地贴靠在该运货装置上，以便在所运送的任何货物基本上不伴随有摇摆的情况下使上述运货装置有较大的水平加速度和速度。
本发明还提供了一种用于将集装箱从起点位置快速移至终点位置的装置。这种装置带有至少一个通常为水平的桁梁以及设置成能沿上述至少一个桁梁移动的吊运车。所说的吊运车包括至少一对相对向的收集器叶片，该对叶片限定了一收集器空间，而集装箱则可放入该空间内，上述收集器叶片具有足够的长度，因此，当集装箱位于收集器叶片之间的空间内最高位置时，该收集器叶片可在集装箱重心的下方延伸，从而能抵消因加速或减速所引起的作用于集装箱上的力矩，因此可基本上阻止该集装箱摇摆。
上述吊运车还包括至少一个吊运车防起落结构，上述桁梁包括至少一个桁梁防起落结构，此结构相对前述吊运车防升降结构设置从而能抵消任何会使吊运车的端部沿集装箱路径纵向上升的力矩，因此能基本上防止因加速或减速所引起的作用于吊运车上的力矩，所以能基本上阻止该吊运车摇摆。
本发明还提供了一种用于将集装箱从起点位置运送到终点位置的吊运车。该吊运车带有：用于接收集装箱的传送装置；用于使上述传送装置和集装箱升降的装置；以及至少一对相对向的收集器叶片，该对叶片向下延伸至集装箱的下方。
此外，本发明还提供了一种用于将集装箱从起点位置移至终点位置的方法。该方法具有下列步骤：使传送装置下降以抓持住位于起点位置处的集装箱；将所述传送装置和集装箱提升至至少一对相对向的收集器叶片之间的位置，上述一对叶片则沿从起点位置通向终点位置的纵向路径彼此相偏离。上述方法还包括：以较高的加速率使传送装置、集装箱和收集器叶片加速，该加速步骤基本上始于上述提升步骤完成之后；以及以较高的减速率使传送装置、集装箱和收集器叶片减速，以便基本上垂直地到达终点位置的上方。最后，所说的方法包括使传送装置和集装箱下降以便将集装箱放在终点位置处。
此外，本发明提供了一种用于将集装箱从起点位置移至终点位置的吊车，该吊车的结构包括：至少一个通常为水平的桁梁；一可沿上述至少一个桁梁水平移动的吊运车；用于抓持集装箱的装置；以及用于将上述吊运车从起点位置的上方水平地移至终点位置上方的吊运车移动装置。再有，上述吊车还包括一工作台，此工作台包括控制机构以使得司机能至少控制：1)上述抓持装置，2)上述吊运车移动装置；以及3)工作台移动装置，此装置用于以与吊运车运动无关的方式移动上述工作台，因而司机能使上述工作台相对吊运车移动以便从不同的相对位置及角度查看吊运车。
图1是说明本发明之吊车结构与操作的概略侧视图，该吊车的吊运车桁梁在码头与船只主甲板上的上层集装箱之间运送货物时位于最高高度处或位于最高高度附近；
图2当吊运车桁梁在码头与船仓之间运送货物期间位于最低高度或位于高低高度附近时图1中起吊车机的概略侧视图；
图3是上述吊车的水边或前部的简化剖面图，此图主要显示了当吊运车桁梁处于中间高度时吊运车和传送装置的总体结构；
图4是一固定式下部加强结构支架及其相联的可移动式装卸台边角垂直支架的俯视图；
图5是显示货物起重吊索沿吊车组件所经过的路径的概略图；
图6是吊运车与传送装置结构的透视图，该结构使用了用于阻止货物遥摆的收集器组件；
图7是图6中吊运车与传送装置组件的简化侧视图；
图8A是本发明之一个实施例的吊运车的透视图；图8B是上述吊运车的侧视图；图8C是上述吊运车的端视图；图8D和图8E分别与图8B和图8C相同，但不显示该实施例的隐蔽部件；图8F是显示叶片另一实施例的放大透视图，该叶片的下端使用了一收集器缓冲装置。
在说明附图所示的本发明之最佳实施例的过程中，为清楚起见，使用了特定的术语。但是，本发明并不局限于所选用的特定词汇，对以类似方式实现类似目的的步骤或设备来说，各个特定的词汇包括了所有在技术等价的术语。
首先参照未按比例画出的图1，可以看出，具有本发明结构的吊车9位于码头10上，码头10旁集装箱船11停泊在水面12上。船11带有货物集装箱C，这些集装箱放置在垂直堆垛的水平货堆内，而货堆则位于主甲板13下方的船舱14内以及舱盖15和甲板区域上方的主甲板13上。吊车9具有一垂直的主桁架组件16，该主桁架组件设置有四个垂直支架17，这些支架支承着桁架16的下部加强结构支撑组件16A。为了图示的效果起见，正如熟悉具有这种特点的货物装卸设备的人所认识到的那样，图中省略了位于支架17A—17B后方且远离图1的看图者的两个支架17。但是，图3中吊车9的水边或前部剖面图却显示了位于图1中支架17B后方的第三支架17C，图3以及附图中的其它图也不是按比例画出的，其尺寸与图1和图2中的吊车9的尺寸不具有精确的一对一关系。而且，附图中所示出的各个组件的尺寸与这些组件的实际尺寸也不一定成比例。附图中还省略了人进入吊车上层所使用的通常的梯子、阶梯及护栏。整个吊车9可以靠支承在一副分离的轨道9上的支承轮组件18平行于码头10的水边侧10A且沿该水边侧纵向移动。
下部加强结构组件16A具有四个固定的垂直支架50，这些支架来自四个支架17。吊车9的每个侧面都带有码头侧(后部)和水边(前部)支架50，如对图1中的后部支架50A和前部支架50B所示的那样，这些支架由与其顶部相连的水平横梁63A以及下部斜撑63B和63所支撑。后部和前部肩状梁64A和64B横向地连接在两侧的横梁56A之间并且分别向内间隔于上述横梁的后端和前端，从而能横向地支承加强结构16A的顶部。图3示出了前部肩状梁64B，该肩状梁的后面是位于下部加强结构16后部附近的后部肩状梁64A(图3中不可见)。
桁架16的上部支撑加强结构组件16B位于下部加强结构组件16A上，从而能相对该下部加强结构上下移动。上部加强结构16B包括一可垂直移动的台座49，该台座带有角支架，这些角支架稳定地安装在加强结构16A的四个垂直支架50上的一组导向槽20内。图3示出了上述台座的两个前部支架48B和49C，它们在台座49的下方和上方垂直地延伸一小段距离并分别与下部加强结构16A的前部支架50B和5C相联。台座49的码头侧后端处的两个角也带有与支架49B和4C相似的垂直短支架。
位于下部加强结构16A之垂直支架50顶部上方的横梁63A上的一组四个机动卷扬机组件21或液压装置可以使上部加强结构16B的台座49升降。用于各个支架50的独立卷扬机组件21用来调整相邻台座的角支架49的高度。每个卷扬机组件均具有通常的结构并诸如由用直流电机传动装置所驱动的直流电机构成，从而能转动缠绕有四根钢丝绳的转筒21A。所述四根钢丝绳的下端在上部加强结构16包括与该加强结构相连的台座以及吊运车桁梁23/23A在内的重心上方与相关的台座角支架49相连接。对这四个卷扬机组件21来说，使用了通常的主/辅式控制系统以便在垂直移动台座时使这些卷扬机组件的操作协调并同步。
图4是下部加强结构的固定式垂直支架50B的俯视图，该支架由箱形梁构成，图4也显示了以可滑动方式接合于相关导向槽20B的相邻台座角支架49B。导向槽20B是由两个凸出且有间隔的平行臂52沿支架50B外部壁面51所构成的。截面也是箱形梁的可垂直移动的支架49B带有一沿其外部壁面53所形成的导向框54。导向框54朝向并延伸进导向槽20B，因此，该导向框的两个侧壁55彼此间隔并平行于导向槽20B的支臂52。导向框54的端壁56朝向并间隔于支架50B的外部壁面51，该壁面51也起导向槽20B壁面的作用。图4还显示了一对水平且有间隔的导向轮57，这对导向轮位于支架49B的下端附近以及上部加强结构16B和吊运车桁梁23/23A的重心下方。每个导向轮57都具有水平设置的转轴58，该转轴平行地安装在导向框54之侧壁的开孔内，因此，上述导向轮的圆柱形表面可随支架49B的垂直移动在相邻的导向槽支臂52上滚动。所以，导向轮57可以阻止支架49B沿图4所示的“Y”方向侧移。导向框54的端壁56上还设置有另一对导向轮59，这对导向轮用于在相邻的导向槽壁面51上滚动。导向轮59在与相对向的前部支架49C上的相应导向轮59同时运动时可以阻止支架49B沿图4中“X”方向的侧移，而前部支架49C则沿上述“X”方向同支架49B一起移动。如果必要的话，可在能使支架49B升降时保持稳定的范围内沿导向框54的长度设置多对导向轮57和59。图4还显示了吊车9内支架50和台座支架其它三种组合方式的机械结构。
图4中还设置了用于在支架49B停止垂直移运之后将该支架绝对锁定于适当位置处的装置。该装置包括一以可滑动方式固定在凹槽61内的保险销60，凹槽61形成在由导向框54之端壁56所夹持的保险组件62内。保险组件62可利用液压压力或某种其它的移动力去移动保险销62，因此，保险销62可伸进支架50B的壁面51上的开口63内或从该开口中退出。可沿壁面51的长度设置多个开口63，以便保险销60能在支架49B的不同高度上与开口63相接合。另一方面，也可以用诸如与形成在壁面51上的凸脊相接合的啮合凸轮之类的其它装置来代替保险销60和保险组件62，以便沿支架50B为支架49B提供比保险销60—开口63的组合更为有效的止动位置。
作为上部加强结构16B的一部分，台座49的前部还支承着一对相间隔的垂直支柱65，该对支柱在肩形梁64B的前面向上延伸并且该支柱的顶部通过前部横梁66连接在一起。如图1及图3所示，支柱65与下部加强结构16A的前部垂直支架50B和50C一道运动。与此相似，一对与后部垂直支架50一道运动的相间隔的垂直支柱67也相对台座49的后部向上延伸并延伸至肩形梁64A的后部。支柱67的顶部通过后部横梁68相连。一对相间隔的侧部支撑69从支柱65的顶部向下延伸至台座49的后部。
上部加强结构16B还与包括有一起重臂部件23A的加长吊运车桁梁23相连并支承着该桁梁。吊运车桁梁23安装在可垂直移动的台座49的下侧，而且还受结构性拉索22的支承，拉索22连接于前后支柱65和67的顶部以及桁梁23和起重臂23A。吊运车桁梁23在码头10的上方水平地延伸，而起重臂23A则在水面12的上方水平延伸。因此，当升降装置21使上部加强结构16B垂直移动时，包括有起重臂23A的桁梁23也会升降从而改变在码头10和船11上方的高度。起重臂23A还沿着吊运车桁梁23铰接在点24处，从而使得起重臂23A在不用时作枢轴上升并收拢起来，如图1中虚线位置所示，在实际使用时，该位置几乎是垂直的。钢丝绳25使得起重臂23A绕铰接点24旋转，钢丝绳25穿过加强结构16B的支柱65和67的顶部并与位于吊运车桁梁23的码头侧端部或后端处机箱26内的机动卷扬机相连。起重臂的收拢位置可以使船只在码头边自由地移动并使所说的吊车在停泊的船只旁边无阻碍地移动。另一方面，吊运车桁梁23可凭借转轮作为一个部件退回到陆地侧，或者由可滑动的伸缩式部件构成，从而不会影响进出码头的停泊船只。
吊运车桁梁23带有位于转轮上的货物吊运车27或其它支承装置，该吊运车或其它支承装置可沿上述包括有起重臂部件23A的桁梁的几乎整个长度作水平移动。由位于机箱26内的电机所驱动的通常式钢丝绳使得吊运车27沿桁梁23作水平运动。与传送装置29相似的可垂直移动的货物连接装置通过诸如一对分离的钢丝绳28之类的挠性支承装置悬吊在吊运车27的下方，所说的连接装置的四个角上带有通常的绞合锁机构，从而能以可拆卸的方式与标准的货物集装箱C的角相连。钢丝绳28可使传送装置29相对码头10及船11上的集装箱货位作垂直升降。
通过位于下部加强结构16A顶部处的后部肩形梁64A上固定机箱30内的机动卷扬机可以吊起集装箱货载(即使传送装置29和集装箱C垂直朝向吊运车上升)。参照图5，卷扬机包括一与钢丝绳28相连的主卷扬筒69，钢丝绳28从机箱30中穿出经过下部加强结构上的滑轮70并向下到达吊运车桁梁23上的滑轮71。然后，钢丝绳28经过上述桁梁后端处的滑轮72—73，向后沿着桁梁23到达吊运车27和传送装置29。吊运车滑轮74使钢丝绳28向下到达传送装置滑轮75，然后向上回到吊运车滑轮76和77，钢丝绳28从滑轮76和77向下回到传送装置滑轮78。然后钢丝绳28向上回到吊运车滑轮79，再到达起重臂23A水边一侧的端部处的滑轮80和81。然后钢丝绳28经由吊运车桁梁23上滑轮82返回并通过下部加强结构的滑轮83向上返回至卷扬机机箱30，在该机箱内钢丝绳与绕线筒84相连，以便能在上部加强结构16B垂直移动时防止钢丝绳松弛。可以缩短钢丝绳28的长度以便传送装置29能充分地上升到吊运车27附近，并且，钢丝绳28最好紧挨着上述吊运车以便在所运送的任何货物集装箱基本上不伴随有摇摆的情况下使吊运车有较大的水平加速度和速度。但是，为简化起见，附图中不一定都显示出传送装置29紧靠着吊运车27。
以下参照图6和图7，这两个图用作吊运车27和传送装置29的细部图，吊运车和传送装置在运送货物期间可作紧密的接触。吊运车27包括成对吊索28所绕过的滑轮74、76、77和79。一收集器组件85A位于吊运车27后端附近的底部外表面上，而另一个吊运车底部收集器组件85B则位于吊运车27的前端。吊索28在这两个收集器组件之间向下延伸。在该最佳实施例中，每个收集器组件都包括两对横向对齐的相互分开且向下延伸的收集部件86A—86B和87A—87B。每对中的收集部件均具有相对向的垂直表面88，这些表面被一间隙所分开。传送装置29包括前述滑轮75和78，这些滑轮以可旋转的方式安装在中央箱形部件29A内。部件29A的顶部是开放的，并且，该部件的尺寸能使得其后部和前部壁面89和90的顶部边缘恰好嵌入成对收集部件86A—86B与87A—87B之间的间隙。这样，所说的吊运车收集器组件会将传送装置29紧紧地固定在吊运车27上。减压缓冲装置91在吊运车27下方位于收集部件内，因此，该减压缓冲装置可与传送装置的箱形部件29A的顶部边缘89和90相接触。缓冲装置91使得传送装置29更紧密地接合于吊运车27，从而进一步减少了货载在较高的水平加速度及较快的水平速度下的摇摆。1000英尺/分或以上的速度以及6英尺/秒2至8英尺/秒2的加速度目前是合适的。
参照图5和图7，应该注意，吊索28从吊运车27垂直到达传送装置29，因此，传送装置可上升直接进入收集器组件并紧紧地卡在吊运车上。但是，如果吊运车/传送装置的连接结构使得吊索不是直线下垂而是如图1和图2概略示出的那样彼此相对有一定的角度。那么，收集器组件就不再是恰当且有用的了，这是因为，该收集器组件不能使传送装置上升的足够高以与吊运车作有效的接触。但是，在这种情况下，也能利用吊索28的相反拉力将传送装置提升到足以邻近吊运车的位置，从而在货物基本上不伴随有摇摆的情况下使吊运车有较大的水平加速度和速度。
所有电机的运转以及吊运车27和传送装置29的运动通常都是由控制室31内的司机来控制的，控制室31也由吊运车23及其起重臂23A的外侧所承载并可在司机的控制下以独立于吊运车27运动的方式沿吊运车及起重臂的外侧自由地水平移动。在操纵所说的系统过程中，吊运车27和传送装置29可在船只与码头之间运载集装箱C。本技术的专家应该认识到，应将本文中有关朝向及离开码头运动的说明想象为将集装箱卸到或吊离码头自身、位于码头上的运输工具或其它设备。此外，控制室31内的司机可将上部加强结构16B和桁梁23的高度调节至这样的水平，它能使得紧贴在吊运车27上的传送装置29与指定集装箱货位的最高高度或吊运车悬吊的集装箱所要绕过的最高障碍物之间的距离减至最小。图1显示了位于或接近最高高度的桁梁23，而图2则显示了位于或接近最低高度的桁梁23。当然，如图3所示，桁梁23也可以根据现有作业的需要垂直地移至各个中间高度。
本发明所公开的吊车系统比之于通常的码头用单吊运车式轨道吊车或本技术中所熟知的几种码头用双吊运车式轨道吊车有许多优点。首先，可垂直调节的桁梁上移动式控制室31内的起重机司机可以相当地接近船只上集装箱的装卸位置，也可以接近用于确定码头上集装箱货位的位置。司机在位置上的接近会使得司机的视差减至最小，因而能显著地提高使传送装置29和/或集装箱C定位的能力。控制室31可在桁梁23上独立地移动，而不是在吊运车27上随该吊运车移动，这就使得司机能在船只和码头上方的有利位置之间作更方便的移动。可独立移动的控制室31还会在不会对司机产生不良影响的情况下使吊运车27有较大的加速度和速度。由于吊运车桁梁23会垂直定位于尽可能接近船只上指定的集装箱货位处，所以，传送装置29以及与其相连的集装箱C可快速地升高并紧紧地贴在吊运车27上，因此，可以基本上消除水平移动时的摇摆现象，从而允许有较大的加速度和速度，以便显著地减少作业周期。与双吊运车式吊车相比，本发明的另一个显著优点是降低了设备操作的复杂性，因此减少了成本。同样重要的是，与双吊运车式吊车相比，只有一个司机，因此，将操纵这种吊车所需的劳动力减少了50％。计算机模拟表明，本发明的吊车具有几乎与已知最快的双吊运车式吊车相同的生产能力。
用于移动吊运车及传送装置的控制装置也可以计算机化或自动化，以帮助起重机的司机。也可以用现有可用的数据系统去存储船只上集装箱货位的坐标以及码头上卸载集装箱位置的坐标，因此，可将传送装置和集装箱的移动程序化，从而在几乎各个方面都使作业过程自动化。集装箱从船只到码头以及从码头到船只的水平移动过程中基本上不存在摇摆现象，会提高自动化程度。在每次作业循环结尾时可通过收集器和少量的司机干预，修正因定位运动而引起的任何微小摇摆。也可以根据诸如吊运车桁梁高度变化以及因装载或卸载而引起的船只吃水深度变化之类的事件方便且快速地更新坐标位置。
以下详细说明操纵所公开的新颖吊车9的最佳新颖方法。从总体上说，当把集装箱C装到船11的甲板上或从甲板上卸下集装箱时，吊运车桁梁23会垂直定位于本文称为“最佳高度”的高度处，该高度约等于下列高度：
A.在切实可行的范围内使传送装置29紧密(或尽可能密切地)悬吊于吊运车27时该装置底部与所要装卸集装箱的船只上指定集装箱货位的顶部之间的距离减至最少的高度；或者
B.在切实可行的范围内使得传送装置29紧密(或尽可能密切地)悬吊于吊运车27时连在该传送装置下方的集装箱的底部与集装箱在码头和船只上指定集装箱货位间移动时所要绕过的最高障碍物之间的距离减至最小的高度。
在把业已运到码头10的集装箱C装到停泊的船只上时，通常的过程是，先将铁轨19上的吊车沿码头的水边一侧10A移至指定的纵向位置，在该位置处，用吊车来填装船上下层水平且横向的集装箱货位，再把集装箱放置到位于已装满的货位层正上方的相邻上层水平货位上。这样，在使船只旁边的吊车纵向定位之后，吊运车桁梁23在开始时垂直移至“最佳高度”，此高度在特定的装载周期内用于要填装有集装箱的最低货层内的指定货位。然后，在码头的上方移动吊运车27，以使传送装置29能从码头上吊起集装箱C。在把集装箱提高至传送装置29紧贴(或几乎紧贴)在吊运车27的垂直位置之后，吊运车沿桁梁23在船只的上方水平地移至要放置集装箱的下层指定货位的正上方位置处。然后，把集装箱下放至集装箱停放位置。
吊运车和传送装置的上述运动基本上是重复的，直至装满了下层货位，然后，吊运车桁梁23定位于“最佳高度”，此高度用于当前已装满的下层货位正上方一层指定的集装箱货位。如果集装箱如图1所示位于主甲板13上方的分层货位内，那么，通常要使桁梁23上升。但是，在先用吊车将集装箱装到船主甲板下方(即船舱内的)的任何一层货位上时，吊运车桁梁23通常定位于并保证在同一“最佳高度”上，以使得紧吊着的传送装置29和集装箱C能绕过侧部船身以及码头与船舱内指定集装箱货位层之间的任何较高的障碍物。如果这时的主甲板不会妨碍装载船舱货位正上方的集装箱并且不存在有甲板上方的护栏、船舷或其它东西或者码头障碍物，那么，吊运车桁梁23应定位于其下部停止位置，或者在未除去舱盖时定位于紧吊着的集装箱能刚好绕过舱盖15的高度。这样，当把集装箱装到甲板下方时，通常将桁梁23保持在相同的“最佳高度”上，直至因某种原因停止装载作业。当把集装箱放置到船主甲板上方堆垛的多层货位时，吊运车桁梁23按需要逐渐上移至相邻的最佳高度。然后，吊车移至码头边另一纵向位置以便将集装箱装到船上与吊车相对向的横向货位层内。
卸船过程基本上与上述过程相反，即：先将上层的集装箱从船上移至码头上，并且在需要时使吊运车桁梁23逐渐下降至所需的最佳高度。
如果要在卸载或准备卸载时除去舱盖15，就用吊运车27把舱盖15吊至吊车支架17之间或者吊至离水最远的支架的后面。然后将舱盖15放到码头的表面上，因此，吊运车27可以返回以便装船或卸船。
就特定的实例而言，如图1所示，假设要沿朝向陆地的卸货方向或沿朝向水面的装货方向在码头10与船上甲板货层T1上方的最远离陆地的最顶部集装箱货位32之间移动集装箱C。带有吊运车桁梁23的上部加强结构16B预先移至桁梁的最佳高度，此高度在传送装置29紧吊在吊运车27上时能使上述集装箱C的底部以非常短的距离绕过货位33—37内的集装箱。但是，为了简化起见，所绕过的距离以及传送装置—吊运车的距离在图1中不是按比例画出的。然后，吊运车27将集装箱C从其在船上或码头上的初始位置传送到适当的终点位置。上述用于集装箱货位32的最佳高度也是用于要移至或移离内层的集装箱货位如36、38和40的最佳高度。另外，用于T1层中最靠近陆地的集装箱货位47的最佳高度可略下降一层，以便使紧吊着的传送装置的底部与集装箱货位47之间的距离减至最小，这是因为，在该货位与码头之间没有中间的障碍物。
以下假设要从图2所示的船舱内T7层货位48上移走集装箱C，这时，在这一货位的上方没有位于甲板上的集装箱。吊运车桁梁23移至图2所示的最低高度，如果没有集装箱留在货层T7—T15上方的甲板上，那么，桁梁23就在从垂直堆垛的水平货层T7—T15中卸下集装箱的过程中保持在上述最低高度。当吊运车27以及紧贴在该吊运车上的传送装置29朝向陆地传送集装箱时，上述最佳高度会使得所卸下的任何集装箱的底部绕过侧部船身。
总之，应该注意，为了使集装箱的垂直运动减至最小并使吊运车有较大的水平加速度和速度，吊运车桁梁应定位于可能的最低高度，此高度在传送装置紧贴或几乎紧贴在吊运车上的同时使吊运车、传送装置以及集装箱绕过船与码头之间存在的任何障碍物。因此，很明显，本发明提供了一种非常简单且通用的系统与方法，该系统与方法可提高将集装箱装上集装箱船或卸下集装箱船的速度。由于减少了司机的视差、使司机接近装/卸集装箱的货位以及先前因吊运车下方的货载在水平移动过程中有摇摆而无法获得的较大的水平加速度和速度，所以会有优于先有技术之吊车的优点。
图8A是本发明一个实施例的吊运车的透视图。图8B是该吊运车的侧视图。图8C是该吊运车的端视图。图8D和图8E分别与图8B和图8C相同，但未显示该实施例的隐蔽部件。图8F是显示叶片另一实施例的放大透视图，该叶片的下端使用了收集器垫片。
参照图8B和图8C，吊运车支承在平行的吊运车桁梁800、801的下方。桁梁800的内表面上设置有转轮支承凸缘804，此凸缘朝向吊运车桁梁801。与此相似，吊运车桁梁801上设置有转轮支承凸缘805。凸缘804、805构成了导轨，有四个转轮在该导轨上移动，其中两个为转轮810、812。当吊运车沿导轨纵向移动时，吊运车转轮810、812承载着吊运车的重量。为清楚起见，省略了图8C左侧的吊运车导轨。
桁梁800、801上还分别设置有防起落的转轮凸缘802、803。防起落的转轮818、819位于防起落凸缘802的下方，可以看出，防起落的凸缘803类似地位于吊运车相反一侧的防起落转轮的上方。
转轮支承凸缘804、805以及防起落转轮凸缘802、803在桁梁800、801的内表面上构成了相应的纵向导槽。当吊运车在桁梁下方如图8B中两个水平箭头所示那样纵向移动时，上述各个转轮会保持在导槽之内。
吊运车包括头部滑轮组806和传送装置808。当头部滑轮组和传送装置处在最高位置时，传送装置808位于相对向的一收集器叶片之间。部件850、852、854为三个收集器叶片。应该认识到，第四个收集器位于叶片854旁与叶片852相对向的位置处。最好沿着吊运车和集装箱899所横移的路径彼此相对纵向成对地设置上述的收集器叶片。
传送装置808将集装箱899支承在收集器叶片内表面所限定的收集器空间内。具体地说，图中收集器叶片850、852和854分别具有内表面865、866、864。在所说明的实施例中，集装箱899与叶片内表面864、865、866之间有诸如四英寸的间隙。最好将上述间隙设定得足够大，以便能以最少的碰撞危险垂直地将集装箱提升进收集器空间，但也最好将上述间隙设定得足够小，以便在吊运车加速或减速时使集装箱与叶片之间的冲力最大限度地减小和分散。
收集器叶片上设置有支撑件以便在吊运车加速和减速时增加叶片的有效强度。具体地说，收集器叶片850上设置有支撑件860、861。收集器叶片862上设置有支撑件862、863。其它收集器叶片上设置有相应各自的支撑件。
吊运车上设置有上部滑轮组815，此滑轮组带有吊运车吊索滑轮。应该认识到，尽管图中是看不见的，但设置了位于上部滑轮组四个角附近的相应吊索滑轮。吊索分别从吊索滑轮820、821、822延伸至头部滑轮组吊索滑轮824、825、826。按照本技术的专家所了解的方式或如图5所示，通过用上述滑轮牵引一定长度的吊索，可以使连接有或不连接有集装箱的头部滑轮组与传送装置组件上升或下降。在所说明的实施例中，上部滑轮组815以及头部滑轮组806与传送装置808的组合体相对定位，因而能将任何货载899垂直向上地牵引进收集器叶片内表面864、865、866之间的收集器空间内。
以下说明所述吊运车结构的最佳操作方法。
头部滑轮组与传送装置从吊运车下降以抓持集装箱899。抓持集装箱的特定方式是可以改变的，并且可根据本技术的专家所熟知的原理和标准加以选定。例如，虽然本发明并不局限于ISO标准，但可以使用绞合锁定的ISO标准。
为了进行起吊，吊运车吊索将传送装置与集装箱垂直地提升进收集器叶片之间的空间内。在所说的最佳操作方法中，起吊期间吊运车不沿水平方向移动，因此，传送装置和集装箱会在有很小或没有水平运动的情况下最佳地正向垂直运动。到达收集器空间之后，传送装置和头部滑轮组向上紧紧地贴在吊运车上，从而阻止或最大限度地减少了摇摆。但是，如下所示，由于本发明有其它装置，所以，使传送装置和头部滑轮组紧贴在吊运车上并不是必需的。
此后，吊运车沿水平方向加速以尽快地获得最大速度，从而利用电机和传动齿轮的最大潜能来使吊运车移动。利用电机和传动齿轮的最大潜能可以将用于在集装箱起点位置与终点位置之间移动集装箱的时间减至最小。然后，吊运车减速至位于上述终点位置正上方的停止位置。这与周知的结构是相反的，在周知的结构中，加速与减速的幅度要受到货载摇摆体长度的限制。这也与司机工作台(驾驶室)随吊运车移动的实施例相反，在该实施例中，司机的安全要求使用慢速移动的吊运车。
由于吊运车特别是收集器组件具有上述结构，所以，可基本上防止吊运车自身的摇摆以及吊运车收集器空间内的集装箱的摇摆。
最后，由于集装箱和吊运车没有摇摆，所以集装箱可直接下降至终点位置。
利用上述步骤可使不带有集装箱的吊运车快速地返回至下一个集装箱的起点位置。传送装置与头部滑轮组完全返回至吊运车组件以便快速地返回至下一个集装箱的起点位置。
所说明的吊运车是为大幅度加速和减速而设计的。特别是在移动大型或沉重的集装箱时，摇摆问题会干扰通常的吊运车。这种摇摆会减慢作业时间、需要有高水平的起重机司机和/或需要有昂贵且复杂的防摇摆机构。但是，上述吊运车中的若干部件可以克服在为加快装卸时间而需要大幅度加速和减速时尤为突出的摇摆问题。
首先，通过将传送装置和集装箱保持在适当位置，可以基本上防止传送装置—集装箱在随后的水平加速及减速期间摇摆。就图6—7所示的实施例而言，也会因与上述相同的原因防止摇摆。防摇摆与许多周知的吊运车结构不同，在周知的吊运车结构中，允许有摇摆但用某种方式加以抵消或补偿。
其次，作为上述实施例另外一个重要特征，收集器叶片在货载重心(CG)的下方延伸。这就保证了能够基本上防止货载自身的摇摆，从某种程度上说，这一点在使用较短的叶片时是不可能的。
如果叶片不在集装箱的瞬时重心下方延伸，那么，该集装箱就会产生叶片无法抵消的力矩。尽管某些较短的叶片可以防阻止产生摇摆，但较短的叶片却不能阻止使头部滑轮组和传送装置升降的吊缆产生过度张力。依照上述叶片，可以完全避免上述力矩和摇摆以及吊缆上的过度张力。
而且，所说的叶片可以避免使吊缆保持在高张力状态。如果传送装置和头部滑轮组紧贴在吊运车组件上，那么，上述较高的张力则是必需的。这里，所说的叶片不用上述方法就能阻止摇摆。
在所说的实施例中，叶片在集装箱底边的下方延伸。但是，给定实施例中收集器叶片的长度应取决于所要接合的集装箱的预定重心(CG)位置。收集器叶片应在该预定的重心位置的下方延伸，从而可以避免吊缆上的力矩及其合力。
收集器叶片必须足够长并且位于非常靠近集装箱的位置处，以便能以不会损坏集装箱以及吊运车自身任何部分的方式与集装箱相接触。在所述的实施例中，这一点是通过下述方式实现的：在收集器叶片的内侧上提供基本上比较大的表面区域，因此，接触区域是比较大的，所以加速和减速过程中所经受的力会得以分散，从而避免了点负载。在特定的实施例中，所说的叶片有四英尺宽。
此外，通过把叶片的内表面设置成紧靠集装箱的侧面，可在吊运车加速(或减速)时集装箱“冲击”尾部(或前部)叶片之前获得较低的相对速度。通过这种方式可以防止损坏传送装置，头部滑轮组或集装箱自身。
图8F是收集器叶片的另一实施例的放大透视图。在图8F中，在叶片的下端使用了收集器“缓冲件”。具体地说，在各个叶片850、852的底端处示出了两个缓冲件870、872。每个缓冲件远离集装箱位置的外表面上都设置有成组的三个支撑件871、873，从而使缓冲件与叶片的外表面连接起来。
所述缓冲件基本上是叶片内表面向外离开集装箱扩张的支撑延伸部。缓冲件提供了在把集装箱提升进叶片之间位置时用于该集装箱的辅助导向件。通过提供可将集装箱吊入的较大的有效目标，缓冲件可以确保集装箱不会碰到叶片的尖状且刚性的端部。缓冲件是一种保护装置，此装置在风使上升中的集装箱摇摆时或者是在性急的司机于集装箱确实提升进叶片间的位置之前就水平移动吊运车的情况下使用。缓冲件能在集装箱未被正向垂直提升的情况下确保该集装箱能“集中”于适当的位置。
作为第三个重要特征，上部滑轮组815上设置有一组四个防升降转轮，其中的两个为转轮818、819。该防升降转轮与诸如803等防升降转轮凸缘相接触。
通过以下的详细说明，可以看出这些特征的性能及优点。
在吊运车加速(或减速)时，会产生与整个吊运车(不仅仅是集装箱)都有关的力矩。此力矩会使所说的重心(CG)移向吊运车一集装箱组件的尾端(或前端)。在加速时，上述重心又会使吊运车的尾端逆着重力向上升至桁梁。在减速时，上述重心会移向吊运车的前端，从而使该前端上升。
防升降凸缘802、803档住了防升转轮818、819，从保证抵消了任何会使吊运车一端上升的力。通过这种方式，吊运车的尾端在加速时不会上升，吊运车的前端也不会在减速时作可能的上升。
此外，当吊运车沿吊运车桁梁加速或减速时，集装箱的惯性或动量会使该集装箱碰到收集器叶片的内表面。这种冲力不仅会使吊运车的这一端上升，而且会损坏集装箱或吊运车自身。但是，防升降凸缘802、803的存在确保了防升降转轮818、819能阻止吊运车产生因移动而引起的摇摆。同时，收集器叶片的宽大内表面能分散任何与集装箱相接触的力。因此，最佳的是，不仅长叶片靠近集装箱的定位能阻止集装箱摇摆，而且防升降转轮也能保证吊运车作为一个整体不会摇摆。
在操作过程中，吊运车的传送装置从起点(初始)位置将集装箱吊进收集器叶片之间的位置。作为一种与其它特征相配合的附加特征，本发明使得头部滑轮组和传送装置向上紧贴在吊运车的顶部。因于在装卸过程中使头部滑轮组及传送装置与吊运车作紧密的接触会花费时间，所以，在所有的实施例中这都不是一个最好的特征。不管头部滑轮组和传送装置是否紧贴在吊运车上，上述叶片自己都能基本上阻止摇摆。
总之，在通常的吊运车结构中，吊运车作为一个整体会受到加速量和减速量的影响，这就有可能引发不可接受的摇摆，甚至是有形的损坏。在终点处，集装箱沿基本上垂直的方向下降至终点位置。由于允许进行加速和减速，可以最大限度地减少本发明将集装箱从起点位置移至终点位置所需的时间。
由于集装箱所经过的路径是垂直向上到达一保险位置，然后通常是水平的，再垂直向下的，所以，只需要司机有较少的技能即可。在有摇摆的许多周知系统中，司机的技能会显著地影响装卸作业时间。
除上述特征及优点之外，收集器叶片上的支撑件能使得该组件有足够的强度以应付在高速加速和减速时所遇到的水平矫顽力和力矩。由于司机所要完成的各种任务(垂直提升、水平加速、垂直下降)比较简单，因而整个任务也比较简单，所以，只需要司机有较少的技能即可。
上述操作的简单性也会很容易地使装货过程自动化。含有自动化(例如计算机控制的)过程的吊车可以很容易地程序化并能更安全地加以操纵，这是因为，各种移动任务比较简单并且处于预知的序列中。
在某些通常的系统中，不将集装箱提升至最高的垂直位置，因此，会产生摇摆。相反，操纵所述实施例的方式是：在水平移动开始之前将货载提升至最高位置并使该货载保持在收集器叶片之间的凹口内。另外，传送装置和头部滑轮组也可以紧贴在所说的凹口内以固定住集装箱。这就能以不同于已知系统的方式防止或减少摇摆。
在通常的吊运车结构中，司机只能通过在平稳地垂直移动货载之后使货载水平移动来减少装卸船只的作业时间。因此，通常的结构不仅有需要司机技能的缺点，而且其方法也有固有的缺陷，即必须在终点处以某种方式消除摇摆。这就通常需要有复杂、昂贵或低效的防摇摆机构。
相反，依照本发明，在产生任何水平运动之前将货载吊至最高垂直位置并保持在适当的位置处。然后，吊运车作较大的加速或减速，这一点，在通常的结构中是整个不可接受的。
通常的结构不能应付伴随较大加速和减速而必定出现的剧烈摇摆。的确，本发明所能常规应付的加速度和减速度会很快地使通常系统的传送装置在物理上损坏。
此外，通过在可垂直移动的桁梁上设置吊运车组件，本发明会使集装箱必须升高的距离减至最小。通过使桁梁降至最低点，可最大限度地减少将集装箱提升至吊运车所需要的时间。因此，集装箱能尽可能快地进入最大水平加速和减速阶段。
通过使集装箱快速地移至最高垂直位置，然后使集装箱快速加速和减速至终点位置的上方并快速地使集装箱降至终点位置，因而，本发明能减少装卸货物集装箱的作业时间。
正如本技术的专家从上述说明中所看到的那样，可以对本发明的上述实施例进行改进和调整。所以，应该认识到，除上述特定的说明以外，在本发明的后附权利要求及等同内容的范围内均可实施本发明。