CN114955934A - 一种集装箱快速装卸搬运方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱快速装卸搬运方法，基于以下搬运设备，该搬运设备由行走转向机构、横向伸缩机构、纵向伸缩机构组成，所述横向伸缩机构可实现设备在横向上的伸展，纵向伸缩机构可实现设备在纵向上的伸展，行走转向机构安装在横向伸缩机构上可实现设备的行走、转向、横移、原地转向等功能。该搬运设备具有展开与收拢两种状态。展开状态时，可进行集装箱装卸车以及搬运作业；收拢状态时，可驶进集装箱进行长途机动运输。

Description

一种集装箱快速装卸搬运方法
技术领域
本发明属于集装箱搬运技术领域，特别是一种集装箱快速装卸搬运方法。
背景技术
传统的集装箱装卸及转运作业设备有汽车起重机吊装设备、轨道式龙门起重机吊装设备、轮胎式龙门起重机吊装设备、正/侧面吊装设备、拉臂车装卸设备等，这些设备中有些只具备装卸功能，不能进行场地运输；有些设备功能虽然完善，但其尺寸较大，不方便其远程运输。除此以外，针对集装箱方舱医院和军事指挥、通信、侦察、保障等功能野战集装箱(方舱)的装卸、搬运手段匮乏，运输车队往往都需随行汽车吊来进行作业。但是汽车吊对集装箱的搬运仅仅局限于在吊装范围内搬运，如超过此距离时还需配合运输车辆实现场内转运，成本较高。因此，急需研究一种集装箱装卸和搬运于一体的设备，既满足集装箱从运输车辆上的装卸，又能满足集装箱在场地内的短距搬运，同时设备自身还需具备远程机动运输能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集装箱快速装卸搬运方法，可以完成集装箱在运输车辆上的装卸动作并能负载集装箱在场地内进行短距行驶，同时设备自身可进行收拢动作并装进1CX标准集装箱以适应设备的长途运输。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种集装箱快速装卸搬运方法，基于以下搬运设备，该搬运设备设有两组平行设置的横向伸缩机构，设置在两组横向伸缩机构之间的纵向伸缩机构，每组横向伸缩机构前后两端均设有举升机构，举升机构上设有对接锁紧机构，用于与集装箱下角件的对接锁紧；每组横向伸缩机构设有两个行走转向机构，行走转向机构用于搬运设备的行走和转向；搬运设备用于将集装箱卸车搬运作业的过程为：
S1：运输车辆驶至预定作业区域，将集装箱锁件解锁，控制搬运设备驶到车辆尾部；
S2:控制行走机构转向，行走轮行驶方向与纵向伸缩机构伸缩方向一致，纵向伸缩机构向外伸出，保证搬运设备两组横向伸缩机构之间的宽度大于车辆宽度；
S3:控制行走机构转向，行走轮行驶方向与横向伸缩机构伸缩方向一致，搬运设备开始驶入运输车辆，当集装箱尾部下角件与对接锁紧机构位置相近时，搬运设备停止行驶；
S4:控制横向伸缩机构向外伸出固定长度，伸长同时控制行走转向机构微调位置，防止设备与车辆发生碰撞；
S5:横向伸缩机构伸出到位时，继续控制行走转向机构微调位置，使得四组对接锁紧机构与集装箱四个下角件位置相对应；
S6:举升机构顶升搬运设备至对接锁紧机构对准角件孔，对接锁紧机构伸出***集装箱角件孔，行走机构离地；
S7：举升机构继续顶升搬运设备，直至将集装箱完全顶离运输车辆，运输车辆驶离；
S8：车辆驶离后，举升机构开始缩回至零位，此过程中行走转向机构落地并支撑起搬运设备，搬运设备能够进行行走作业；
S9：操作员操作搬运设备行驶至预定卸箱区域，行走机构的摆动式悬架同步缩回，直至集装箱角件落地；
S10：控制对接锁紧机构与箱体角件脱离，完成解锁动作；
S11：行走机构的摆动式悬架提升至正常高度，横向伸缩机构缩回，搬运设备驶出集装箱，纵向伸缩机构缩回，完成设备的收拢。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明专利公开了一种集装箱快速搬运设备，该搬运设备具有从集装箱运输车辆上装卸集装箱功能，同时能够背负集装箱在场地内进行短距转运，功能多样，可在某些场景同时替代吊车与转运小车两台设备。
(2)搬运设备可收拢驶进集装箱，占用体积小，灵活性强，能随集装箱进行长途机动运输，运输便利。
附图说明
图1为设备展开状态结构示意图。
图2为设备收拢状态结构示意图。
图3为行走转向机构1结构示意图。
图4为横、纵向伸缩机构结构示意图。
图5为举升机构6结构示意图。
图6为供配电管理***组成图。
图7为设备装卸车状态示意图。
图8为设备举升状态示意图。
图9为设备行走状态示意图。
图10为设备收拢运输状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本实施例的一种集装箱快速装卸搬运设备结构为U型自行走框架结构，由行走转向机构1、横向伸缩机构2、纵向伸缩机构3、控制单元4、动力电池组5和举升机构6组成。其中，行走转向机构1可以实现设备行走、转向、横移、原地转向等功能；横向伸缩机构2通过内置伺服电动缸的作动可以实现横向方向的伸缩，调节设备内部空间宽度，适应集装箱运输车的进出；纵向伸缩机构3通过内置伺服电动缸的作动可以实现纵向伸缩，可使举升机构6的定位销轴对准集装箱角件孔，方便插销电动缸22对集装箱进行锁定；控制单元4用于实现整个设备的供配电转换、行走转向机构1运动控制、横向/纵向伸缩机构2、3以及举升机构6的运动控制、有线遥控、状态检测等功能；动力电池组5主要负责为整车提供动力支持；举升机构6通过举升电动缸与锁紧电动缸可实现设备与集装箱间锁紧并进行提升与下放动作。
行走转向机构1结构如图3所示，行走转向机构1由平衡臂7、悬挂架8、悬挂电动缸9、涡轮蜗杆减速机10、伺服电机11、减速机12、摆动车桥13、轮胎14以及轮边电机15组成。所述摆动车桥两端设有轮胎，轮胎通过轮边电机驱动；摆动车桥13上设有平衡臂7，平衡臂7上设有悬挂架8，平衡臂7与悬挂架8之间铰接有悬挂电动缸9；悬挂架8上设有涡轮蜗杆减速机10，伺服电机11、涡轮蜗杆减速机12固定在横向伸缩机构下端，伺服电机11通过减速机12与涡轮蜗杆减速机10相连。平衡臂7、悬挂架8与悬挂电动缸9组成摆动式悬架，悬架既可以进行单点调平又能进行同步提升；涡轮蜗杆减速机10、伺服电机11与减速机12可完成机构的360°转向角度，且结构紧凑；摆动车桥13可以适应横坡。当路面不平时，每组转向机构悬架受力不均，根据悬架电动缸反馈电流大小，悬架电动缸进行相应的伸缩，实现每组行走轮胎受力均匀；轮胎14与轮边电机15驱动，当行走过程中，悬架调节超差引起设备偏斜时，控制***实现报警并对行走转向功能进行锁死，再进行人工排查和手动解锁后才能恢复行走作业。
如图4所示，横向伸缩机构2、纵向伸缩机构3结构如下图所示，横向伸缩机构2内置有两级电动缸17，通过电动缸的作动来实现设备在纵向上的伸缩；纵向伸缩机构3内置有两组电动缸18，呈交错布置，实现设备纵向方向上的伸缩。
如图5所示，举升机构6由二级电动缸19、举升机构安装座20、插销缸安装座21和插销缸电动缸22组成。共有二级电动缸19，实现设备的调平、举升与下放动作；举升安装座20焊接于二级电动缸19缸体中部，通过螺钉与横向伸缩机构2连接；插销缸安装座21焊接于二级电动缸19缸体下部，通过螺钉与插销电动缸22连接；插销电动缸22活塞杆上安装有钩状插销，用于与集装箱角件间的定位锁紧。举升电动缸举升时，角件孔上璧缘进入钩状销头的虎口内，实现设备与集装箱间的定位锁紧。
控制单元4由供配电管理***与运动控制***组成。
结合图6，供配电管理***主要分为600VDC动力电和24VDC控制电，供电均由一次电源提供，其中24VDC控制电由多个DC/DC配电单元输出，实现不同控制电的切换及配电保护。
一次电源主要由整车的动力供电均由一次电源提供。动力电池组5采用防爆锂电池作为整车的动力来源，防爆锂电池采用磷酸铁锂电芯，磷酸铁锂电芯具有单位质量下电容量大，可快速充电的特点，有较高的放电功率和较高的循环寿命(2000次)，同时在高温与高热环境下稳定性高。
二次电源市电输入的380VAC交流电经过AC/DC单元，完成市电到高压直流电的变换，实现与动力电池组并联工作，可以在紧急状态下为动力电池组充电；直流电源模块将高压配电***输出的600V高压直流转换为24V的低压直流电。
一次电源输出的高压直流电600VDC经过直流母线盒为行走转向机构、调姿***驱动器组提供高压动力电；高压直流电经过直流配电终端被调制为低压直流电DC24V，主要为各***驱动器组、电机抱闸和其他低压器件提供低压直流电。
控制单元采用基于工业PC和全软操作控制***结合的控制方案，搭载了TwinCAT控制***的倍福CX2040嵌入式控制器与工业计算机相结合而改造成现有的操作***，该***同时具备PLC、NC+PTP和各种数字量模拟量的输入输出的实时控制能力，实现任务接收、数据处理、任务管理、人机交互、故障监测、设备数据存储、权限管理、日志记录等非实时控制功能以及实现伺服驱动模块运动处理、人机交互模块、安全防护模块等实时控制功能。
伺服驱动模块主要包括行走转向机构的四组行走转向机构驱动器、举升机构的升降、纵向伸缩、横向伸缩、插销驱动器，通过接收控制器控制指令，驱动控制执行机构实现驱动任务完成。
人机交互模块主要由有线手持设备组成，手持设备通过EtherCAT总线和主控制器连接，操作人员通过手持设备向主控制器发送命令，操控机构运动，最终实现任务顺利完成。
安全防护模块主要有避障传感器、触边、三色灯、喇叭、压力传感器、绝缘检测仪等器件，在设备移动过程中通过避障传感器检测周边障碍物；绝缘监测仪用于实时监测动力电池组供电***的高压组件和大地之间的绝缘电阻；同时在软件***中设置了保护措施。主要确保控制单元工作时设备的安全，提高***的安全性。
实施例1：集装箱卸车搬运作业，如图7-9，步骤如下：
S1：运输车辆驶至预定作业区域，并将集装箱锁件解锁，操作员手持控制器控制设备驶到车辆尾部；
S2:操控行走机构转向，行走轮行驶方向与纵向伸缩机构3伸缩方向一致，能够随纵向伸缩机构3伸缩方向行驶，搬运设备的纵向伸缩机构3向外伸出，保证设备内部(两组横向伸缩机构之间)宽度大于车辆宽度；
S3:操控行走机构转向，行走轮行驶方向与横向伸缩机构2伸缩方向一致，设备开始驶入运输车辆，当集装箱四角的下角件与设备尾部插销电动缸22销轴位置相近时，设备停止行驶。
S4:操控横向伸缩机构2向外伸出固定长度，伸长同时控制行走转向机构1微调位置，防止设备与车辆发生碰撞。
S5:横向伸缩机构2伸出到位时，继续控制行走转向机构1微调位置，使得设备四组插销电动缸22与集装箱四个下角件位置相对应。
S6：操控二级电动缸19顶升至插销电动缸22销轴对准角件孔，插销电动缸22销轴伸出***集装箱角件孔；
S7：操控二级电动缸19继续顶升设备，直至集装箱完全顶离运输车辆，车辆运输驶离；
S8：车辆驶离后，操控二级电动缸19开始缩回至零位，此过程中行走转向机构1落地并支撑起设备，设备可进行行走作业；
S9：操作员操作设备行驶至预定卸箱区域，操控悬架电动缸9开始同步缩回，设备悬架逐渐降低，直至集装箱角件落地；
S10：微调悬架高度使插销电动缸22的钩状销头与箱体角件脱离，插销电动缸22缩回完成拔销动作；
S11：设备悬架开始提升至正常高度，横向伸缩机构2缩回，设备驶出集装箱，纵向伸缩机构3缩回，完成设备的收拢。至此一个集装箱卸车搬运流程结束。
实施例2：集装箱搬运装车作业
S1：操作员手持控制器控制设备驶到集装箱尾部，控制行走机构转向，行走轮行驶方向与纵向伸缩机构伸缩方向一致，设备的纵向伸缩机构3向外伸出，保证设备内部宽度大于集装箱宽度；
S2：控制行走机构转向，行走轮行驶方向与横向伸缩机构伸缩方向一致，设备开始驶入集装箱，当集装箱尾部下角件与设备尾部插销电动缸22销轴位置相近时，设备停止行驶；
S3：横向伸缩机构2向外伸出固定长度，伸长同时行走转向机构1微调位置，防止设备与集装箱发生碰撞；
S4：横向伸缩机构2伸出到位时，行走转向机构1继续微调位置，使得设备四组插销电动缸22与集装箱四个下角件位置相对应；
S5：悬架电动缸9开始同步缩回，设备悬架逐渐降低，直至悬架电动缸9销轴对准集装箱下角件孔，插销电动缸22销轴伸出***集装箱角件孔；
S6：设备悬架开始提升至正常高度，操作员控制小车行驶至预定装车位置；
S7：控制二级电动缸19顶升设备，使集装箱底部高于集装箱运输车平板车厢高度。
S8：运输车倒入设备搬运的集装箱下方，二级电动缸19缓慢同步缩回，同时四组插销电动缸22协调动作，调整集装箱下角件孔与运输车锁件位置相适应，直至集装箱角件孔完全落入运输车锁件上；
S9：微调二级电动缸19使插销电动缸22的钩状销头与箱体角件脱离，插销电动缸22缩回完成拔销动作；
S10：二级电动缸19继续缩回直至零位，此过程中行走转向机构1落地并支撑起设备，设备可进行行走作业；
S11：横向伸缩机构2缩回，设备驶出运输车，纵向伸缩机构3缩回；
S12：运输车锁件手动锁紧，运输车可驶离。至此集装箱搬运装车作业流程结束。
实施例3：设备收拢运输
S1：设备横向伸缩机构2与纵向伸缩机构3完全缩回，设备处于完全收拢状态；
S2：若集装箱放置于地面，打开集装箱箱门，设备在操作员操作下驶进集装箱；若集装箱在运输车上，可通过登车桥，驶入集装箱；
S3：工作人员对箱内设备进行固定，关闭集装箱箱门。如图10，设备即可随集装箱进行机动运输。

Claims (7)

1.一种集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，基于以下搬运设备，该搬运设备设有两组平行设置的横向伸缩机构，设置在两组横向伸缩机构之间的纵向伸缩机构，每组横向伸缩机构前后两端均设有举升机构，举升机构上设有对接锁紧机构，用于与集装箱下角件的对接锁紧；每组横向伸缩机构设有两个行走转向机构，行走转向机构用于搬运设备的行走和转向；搬运设备用于将集装箱卸车搬运作业的过程为：
S1：运输车辆驶至预定作业区域，将集装箱锁件解锁，控制搬运设备驶到车辆尾部；
S2:控制行走机构转向，行走轮行驶方向与纵向伸缩机构伸缩方向一致，纵向伸缩机构向外伸出，保证搬运设备两组横向伸缩机构之间的宽度大于车辆宽度；
S3:控制行走机构转向，行走轮行驶方向与横向伸缩机构伸缩方向一致，搬运设备开始驶入运输车辆，当集装箱尾部下角件与对接锁紧机构位置相近时，搬运设备停止行驶；
S4:控制横向伸缩机构向外伸出固定长度，伸长同时控制行走转向机构微调位置，防止设备与车辆发生碰撞；
S5:横向伸缩机构伸出到位时，继续控制行走转向机构微调位置，使得四组对接锁紧机构与集装箱四个下角件位置相对应；
S6:举升机构顶升搬运设备至对接锁紧机构对准角件孔，对接锁紧机构伸出***集装箱角件孔，行走机构离地；
S7：举升机构继续顶升搬运设备，直至将集装箱完全顶离运输车辆，运输车辆驶离；
S8：车辆驶离后，举升机构开始缩回至零位，此过程中行走转向机构落地并支撑起搬运设备，搬运设备能够进行行走作业；
S9：操作员操作搬运设备行驶至预定卸箱区域，行走机构的摆动式悬架同步缩回，直至集装箱角件落地；
S10：控制对接锁紧机构与箱体角件脱离，完成解锁动作；
S11：行走机构的摆动式悬架提升至正常高度，横向伸缩机构缩回，搬运设备驶出集装箱，纵向伸缩机构缩回，完成设备的收拢。
2.根据权利要求1所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，搬运设备用于集装箱搬运装车作业的过程为：
S1：操作员控制搬运设备驶到集装箱尾部，控制行走机构转向，行走轮行驶方向与纵向伸缩机构伸缩方向一致，搬运设备的纵向伸缩机构向外伸出，保证两组横向伸缩机构之间的宽度大于集装箱宽度；
S2：控制行走机构转向，行走轮行驶方向与横向伸缩机构伸缩方向一致，搬运设备开始驶入集装箱，当集装箱尾部下角件与对接锁紧机构相近时，控制搬运设备停止行驶；
S3：控制横向伸缩机构向外伸出固定长度，伸长同时控制行走转向机构微调位置，防止搬运设备与集装箱发生碰撞；
S4：横向伸缩机构伸出到位时，行走转向机构继续微调位置，使得对接锁紧机构与集装箱四个下角件位置相对应；
S5：行走机构的摆动式悬架同步缩回，搬运设备摆动式悬架逐渐降低，直至摆动式悬架对准集装箱下角件孔，对接锁紧机构伸出***集装箱角件孔；
S6：搬运设备摆动式悬架开始提升至正常高度，控制搬运设备行驶至预定装车位置；
S7：举升机构顶升搬运设备，使集装箱底部高于集装箱运输车平板车厢高度；
S8：运输车倒入设备搬运的集装箱下方，举升机构同步缩回，同时控制对接锁紧机构协调动作，调整集装箱下角件孔与运输车锁件位置相适应，直至集装箱角件孔完全落入运输车锁件上；
S9：微调举升机构使对接锁紧机构与箱体角件脱离，对接锁紧机构缩回完成解锁动作；
S10：举升机构继续缩回直至零位，此过程中行走转向机构落地并支撑起设备，设备能够进行行走作业；
S11：横向伸缩机构缩回，设备驶出运输车，纵向伸缩机构缩回。
3.根据权利要求1或2所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，搬运设备收拢运输的过程为：
S1：运输设备横向伸缩机构与纵向伸缩机构完全缩回，设备处于完全收拢状态；
S2：若集装箱放置于地面，打开集装箱箱门，控制运行设备驶进集装箱；若集装箱在运输车上，通过登车桥，驶入集装箱；
S3：对集装箱内搬运设备进行固定，关闭集装箱箱门，搬运设备即可随集装箱进行机动运输。
4.根据权利要求1或2所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，所述行走机构由平衡臂、悬挂架、悬挂电动缸、涡轮蜗杆减速机、伺服电机、减速机、摆动车桥、轮胎以及轮边电机组成；
所述摆动车桥两端设有轮胎，轮胎通过轮边电机驱动；摆动车桥上设有平衡臂，平衡臂上设有悬挂架，平衡臂与悬挂架之间铰接有悬挂电动缸；悬挂架上设有涡轮蜗杆减速机，伺服电机、涡轮蜗杆减速机固定在横向伸缩机构下端，伺服电机通过减速机与涡轮蜗杆减速机相连；平衡臂、悬挂架与悬挂电动缸组成摆动式悬架。
5.根据权利要求1或2所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，所述对接锁紧机构包括插销缸安装座和插销缸电动缸；插销电动缸通过插销缸安装座固定在举升机构上，插销电动缸活塞杆上安装有钩状插销，用于与集装箱角件间的定位锁紧。
6.根据权利要求1或2所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，所述纵向伸缩机构内置有两组电动缸，呈交错布置，用于搬运设备纵向方向上的伸缩。
7.根据权利要求4所述的集装箱快速装卸搬运方法，其特征在于，所述当路面不平时，每组转向机构悬架受力不均，根据悬架电动缸反馈电流大小，悬架电动缸进行相应的伸缩，实现每组行走轮胎受力均匀。
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