DK153131B - Apparat til haevning og saenkning af laster - Google Patents

Description

i

DK 153131B

Opfindelsen angår apparater til lastning og losning og især et mobilt apparat omfattende en i højden variabel platform til lastning og losning af fragt til/ fra f.eks. lastrummene i flyvemaskiner.

5 Mobile lastnings- og losningsapparater er et vig tigt udstyr for lastning og losning af gods til og fra flyvemaskiners lastrum.

Sådanne lastnings- og losningsapparater omfatter ofte to platforme. Den ene platform, der ofte betegnes 10 som en bro, virker som grænseflade til tærsklen af døråbningen til lastrummet og forbliver i en i det væsentlige konstant stilling i forhold til flyvemaskinen. Den anden platform bevæger sig op og ned, idet den enten på-læsses med gods fra broen eller afleverer gods til denne.

15 Hidtil er den anden platform altid blevet hævet eller sænket ved hjælp af hydraulisk udstyr, der har virket gennem passende mekaniske forbindelsesled, som har sikret, at platformen har fastholdt en i det væsentlige horisontal stilling.

20 Lastnings- og losningsapparaterne drives ofte af dieselmotorer med hvad dertil hører af støjproblemer, luftforurening, tab af brændstof, sikkerhedsrisici og store vedligeholdelsesomkostninger osv.

Por at undgå disse dieselmotor-driftsgener har 25 nogle konstruktører foretaget en vis konstruktionsændring indebærende, at standardkøretøjet er blevet omlagt til elektrisk drift ved installation af elektromotorer og batterier osv. Sædvanligvis er det hydrauliske platformshåndteringssystem imidlertid blevet fastholdt, idet 30 man har udstyret det mobile apparat/køretøj med hydrauliske pumper drevet af elektromotorer. Det væsentligste problem ved denne mindre systemkonstruktionsændring er imidlertid, at hele apparatet for lastning og losning får en lav ydeevne og en ringe energimæssig effekt, især 35 hvad angår ydeevnen under løftningen af en last.

Man har beregnet, at der ved typiske arbejdsoperationer ved en flyvemaskine af typen Boeing 747, hvor

DK 153131B

2 lasten udlosses ved flyets ankomst, og flyet derpå lastes for videreflyvning, forbruges over 55% af energien fra lastnings- og losningsapparatets kraftsystem til at hæve og sænke lastplatformen. Næsten 30% af den øvrige energi 5 bruges til kørslen af apparatet til og fra og rundt om flyvemaskinen.

Det må derfor forudsætningsvis ligge fast, at løfteeffektiviteten er af største vigtighed ved mobile lastnings- og losningsapparater.

10 Hydrauliske systemer er imidlertid meget dårlige i henseende til energiforbrug, idet megen energi spildes i pumpestrømmene. Når det drejer sig om mobile lastnings-og losningsapparater i lufthavne, gælder det, at den energi, der medgår til at løfte lastningsplatformen, ta-15 bes totalt under sænkningen af platformen. Denne sænkes sædvanligvis ved at lade den hydrauliske væske strømme ud igennem ventiler, sædvanligvis til et reservoir for genbrug senere under løftningen af platformen. Energieffektiviteten ved sådanne hydrauliske systemer ligger 20 typisk på omkring 35%. En følge af denne lave energiudnyttelseseffektivitet er, at apparatets totale ydeevne er relativt ringe. Kørehastigheden er lav, og holdbarheden er relativt kort.

Mekaniske systemer såsom kugleskruedonkrafte er 25 langt mere effektive til hævning og sænkning af laster, fordi energitabene er langt mindre end i hydrauliske systemer. I US patentskrift nr. 3.524.563 er angivet et mobilt lasteapparat, hvori der anvendes kugleskruedonkrafte, der drives af hydrauliske motorer, til hævning 30 og sænkning af platformen.

Genvinding af elektrisk energi er i princippet kendt fra FR patentskrift nr. 931.849. I det her beskrevne apparat anvendes der en shunt- eller compound-viklet elektromotor til frembringelse af regenerativ 35 bremsning. Når en motor af denne type drives med en hastighed, der er større end den nominelle, sker der en

DK 153131 B

3 vending af strømmen, og der optræder regenerativ bremsning. I dette tilfælde har den regenerative bremsning alene til formål at forhindre, at motoren kommer til at løbe for hurtigt, f.eks. hvis et elektromotordrevet 5 køretøj bevæger sig ned ad bakke. I det kendte apparat opnås der altså kun regenerativ bremsning, når elektromotoren tvinges til at rotere med en hastighed, der er større end den nominelle, og denne bremsning kan derfor alene tjene til at forhindre motoren i at rotere med for 10 stor hastighed.

Med opfindelsen tilsigtes tilvejebragt et lasteapparat af den omhandlede type, hvor den potentielle energi af en hævet platform i det mindste delvis kan genvindes, og hvor sænkningen af platformen kan styres 15 og platformen praktisk taget bringes til hvile ved regenerativ bremsning.

Til opnåelse heraf er et apparat til hævning og sænkning af laster, omfattende et chassis med en i højden regulerbar platform, der er forbundet med chassiset 20 ved hjælp af midler, som holder platformen i næsten vandret stilling uanset dens højde, mekanisk løfteudstyr til at ændre platformens højde over chassiset, elektromotordrivudstyr, der over transmissionsudstyr er koblet til det mekaniske løfteudstyr til hævning af 25 platformen, elektrisk energilagringsudstyr til drift af elektromotordrivudstyret, styreudstyr til omkobling af elektromotordrivudstyret, så det virker som elektrisk generatorudstyr, hvorved platformen kan retarderes under sænkningen, idet generatoren drives af den nedadgående 30 platform, ifølge opfindelsen ejendommeligtved, at elek-tromotor/generator-udstyret er en jævnstrømsseriemaskine.

Brugen af en serieviklet jævnstrømsmaskine giver regenerativ bremsning ned til meget små rotationshastigheder og kan derfor praktisk taget bringe platformen 35 i hvile.

DK 153131B

4

Det mekaniske løfteudstyr kan med fordel bestå af recirkulerende kugleskruedonkrafte. Løfteplatformen kan være af relativt almindelig konstruktionsudformning, hvor platformen holdes i en særlig løftestilling af et kendt 5 saksearrangement. De recirkulerende kugleskruedonkrafte kan forbindes med platformen gennem møtrikken på skruen, således at møtrikken og platformen hæves, når skruen drejes.

Man kan med fordel anvende to recirkulerende kugle-10 skruedonkrafte drevet af en fælles elektromotor gennem et transmissionssystem.

Under f.eks. losning af en flyvemaskinelast, hvor en nærmest tom platform hæves, og en fuldt lastet platform sænkes, har man konstateret en nettoenergitilvækst 15 i batterierne. Det skal understreges, at jo tungere last, der sænkes, jo større er den energi, der udvikles under den regenerative bremsning, således at batterierne da oplades særlig stærkt.

Det er blevet konstateret, at under lastning og 20 losning af flyvemaskiner ligger energieffektiviteten ved denne opfindelses anvendelse i almindelighed på næsten 60%. Heri er medregnet alle de energitab, der opstår ved batteriomsætningen, styre-, motor- og transmissionsudstyret.

25 Chassiset kan yderligere med fordel være forsynet med en anden platform eller bro til at tilvejebringe et lastnings- og losningsforbindelsesled til flyvemaskinens lastrumsindgang. Broen kan hæves og sænkes ved i princippet enhver kendt fremgangsmåde, og da den skal fast-30 holdes i en i det væsentlige konstant højde under lastningen og losningen af flyvemaskinen, kan det være hensigtsmæssigt at anvende hydrauliske manøvreringsudstyr.

Chassiset kan også med fordel være forsynet med hjul og andet flytningsudstyr og driv- og styringsudstyr 35 for nogle af hjulene, således at lastnings- og losnings-apparatet kan betjenes og bevæges autonomt. Det skal på-

DK 153131B

5 peges, at apparatet også kan være passivt udstyret, således at det må slæbes til og fra flyvemaskinen. Imidlertid må det i almindelighed anses for at være mere økonomisk og effektivt, at apparatet er fuldt ud auto-5 nomt i udstyret. Chassisets driftsudstyr kan også med fordel være elektromotorisk, og en motortype, som er fundet særlig fordelagtig, er hjulnavmonterede motorer på drivhjulene. Styrbare drivhjul kan anvendes, og sådanne har vist sig at give apparatet en fortrinlig man-10 øvredygtighed.

Transmissionsudstyret for det mekaniske løfteudstyr har også vist sig med fordel at kunne omfatte en sikkerhedsbremse, der effektivt fastlåser platformen i den ønskede højde. Bremsen løsnes ved elektriske signaler, når 15 platformen skal sænkes. I tilfælde af elektrisk strømsvigt træder bremsen automatisk i funktion for at sikre mod et ukontrolleret fald af platformen.

Det mekaniske løfteudstyr kan bestå af recirkule-rende kugleskruedonkrafte. Man kan med fordel anvende to 20 sådanne donkrafte til at give platformen øget stivhed under hævning og sænkning. Det har vist sig, at et sådant udstyr tilvejebringer en meget præcis styring af platformens højde under drift. Ved hævning og sænkning af laster på op til 7000 kg har det vist sig, at man har 25 kunnet opnå en styring af platformshøjden inden for mindre end 0,5 mm's nøjagtighed.

Recirkulerende kugleskruedonkrafte er meget effektive i drift på grund af kuglelejeophænget. Når låsebremsen løsnes, begynder platformen at dale, accelere-30 rende som følge af tyngden. Under den nedadgående bevægelse omkobles elektromotoren gennem styreudstyret til en elektrisk generator, og den strøm, der genereres, anvendes til at holde igen på den dalende platform og til i det mindste delvis at genoplade batterierne. Denne 35 teknik er kendt som regenererende bremsning og er kendt som en teknik, der anvendes til i elektrisk drevne køretøjer at fjerne kinetisk energi fra et køretøj i bevæ-

DK 153131B

6 gelse. Selv ved køretøjer i bevægelse er den energi, der frembringes ved regenerativ bremsning, kun omkring 10% af den kinetiske energi. Ved nærværende opfindelse anvendes den regenererende bremsning til at omsætte den 5 potentielle energi fra den hævede platform til en anvendelig energiform, hvoraf en del kan skabe længere holdbarhed og mere økonomisk drift.

Hvis der skulle anvendes hydraulisk udstyr, ville det ikke være hensigtsmæssigt at omdanne en hydraulisk 10 pumpe til en motor til drift af en generator/motor på grund af den lave effektivitet ved den hydrauliske transmission. Installationsomkostningerne ved et sådant system baseret på hydraulik ville være for store i forhold til den energimængde, der da kunne regenereres til 15 batteriopladning.

Med henblik på at fremme forståelsen af opfindelsen skal udførelsesformer nu beskrives ved et eksempel med henvisning til den ledsagende tegning, hvor fig. 1(a), (b), (c) og (d) viser et læsse- og 20 losseapparat i henhold til opfindelsen henholdsvis fra ΝΧΧΧΧχ"\ \

X

v

N

\

DK 153131B

7 siden og forfra med broen og platformen hævet, og ovenfra og forfra med broen og platformen sænket, fig. 2 skematisk en løftemekanisme og et styresystem ved et apparat i henhold til opfindelsen, 5 fig. 3 skematisk et alternativt styresystem ved et apparat i henhold til opfindelsen, fig. 4(a), (b) og (c) skematisk et elektrisk kredsløbssystem til at styre motorstrømmen under hævning og sænkning af platformen i et apparat i henhold til opfin-10 delsen, og fig. 5(a) og (b) grafisk strømforløbet gennem motoren og til batterierne under regenerativ bremsning af den dalende last på et apparat i henhold til opfindelsen.

Der skal herefter refereres til tegningen, hvor de 15 samme enkeltdele er forsynede med fælles referencenumre.

Fig. 1(a) og (b) viser et apparat 10 udstyret med en lastnings-/losningsplatform 11 og en bro 12 i den løftede stilling. Platformen 11 bæres og fastholdes i en løftet stilling i forhold til et chassis 13 20 gennem et saksedonkraftarrangement 14. Broen 12 er tilsvarende båret oppe af et saksedonkraftarrangement 15, som hæves og sænkes af et hydraulisk transmissionssystem 16. Platformen 11 hæves ved hjælp af et udstyr bestående af recirkulerende kugleskruedonkrafte 17 og 25 løftekæder 18, hvilke kæder er fæstnede til platformen 11 i den ene ende og til chassiset 13 i den anden ende. Fæstnet til broen 12 er der en førerkabine 19 til en operatør. Inde i kabinen 19 er der et styrepanel (ikke vist). Chassiset 13 støtter sig på fire 30 hjul, hvor det bageste par 20 er fritløbende, medens det forreste par 21 omfatter styrebolte 22 (ikke vist) og hjulnavmonterede drivmotorer 23 (ikke vist).

I kabinen 19 er der et rat 24, som er forbundet med forhjulene 21 gennem et kraftstyret hydraulisk sty-35 ringsudstyr 25 (ikke vist). På strategisk valgte steder på chassiset 13 er der anbragt sammentrækkelige hydrauliske donkrafte 26 til at stabilisere apparatet 10,

DK 153131 B

8 når det er i anvendelse ved en flyvemaskine 27 (ikke vist). På den forreste ende af chassiset 13 er der monteret et hus 28, hvori batterierne 29 (ikke vist), motor-/generatorudstyret 30 (ikke vist) og tilhørende 5 transmissionsudstyr 31 (ikke vist) m.v. er indkapslet.

Disse er beskrevet i detaljer i forbindelse med fig. 2, 3 og 4.

Hæve- og sænkemekanismen for platformen 11 indeholder to recirkulerende kugleskruedonkrafte 17 som 10 omtalt under henvisning til fig. 1. Skruerne 17a er gennem gearkassetransmissionsenheder 40 og aksler 41 forbundet med en seriespolet jævnstrøms-seriemotor/gene-rator 42. På §n af akslerne 41 er der også anbragt en bremse 43. Forbundet med motoren/generatoren 42 er 15 der en motor-/generatorstyreenhed 44 (beskrevet mere detaljeret i forbindelse med fig. 4) og en energikilde 45, som i dette tilfælde er et 72 volts batterianlæg.

Ligeledes forbundet med styreenheden 44 er der en funktionsstyreenhed 46. Under drift ved løftning af en 20 last 47 på platformen 11 vælger funktionsstyreenheden motordrift, og rotationen af udgangsakselen på motoren 42 drejer skruerne 17a i de recirkulerende kugleskruedonkrafte 17 over akslerne 41 og transmissionsenhederne 40. Møtrikkerne 17b på kugleskruedonkrafte-25 ne forhindres i at dreje ved at være fæstnede til huse, der er forbundet med chassiset 13, således at rotation af skruerne 17a får møtrikkerne 17 til at stige op ad skruerne, hvorved de løfter platformen 11 og lasten 47. Når platformen 11 er nået en ønsket højde, stoppes skruerne 17a, og brem-30 sen 43 træder automatisk i funktion, og lasten 47 flyttes fra platformen. Funktionsstyreenheden 46 vælger nu generatordrift, og platformen 11 er klar til at blive sænket. Platformen kan derpå accelereres til en forudbestemt faldhastighed (hvis der er last på platfor-35 men, vil faldaccelerationen øges). Når den ønskede faldhastighed er nået, frembringer generatoren 42 en brem-sekraft over for platformen og forhindrer, at faldhastig-

DK 153131B

9 heden stiger. Dette sker uafhængigt af lasten 4Ϊ7 på platformen 11. Motorem/generatoren 42 drives :i kraft af skruerne 17a, som drejer rundt på grund af lasten udøvet gennem møtrikkerne 17b. De revolverende ^skruer 5 17a driver motoren/generatoren 42 via transmissions enhederne 40 og akslerne 41. Når platformen 11 nærmer sig den ønskede laveste stilling, vokser bremsningen af platformen fra motoren/generatoren 42, og platformen decelereres og bringes til en blød landing på et sted, 10 der ligger inden for 0,5 m nøjagtighed i forhold til den ønskede position. Operationen af motor/generatorstyreenheden 44 beskrives efterfølgende med henvisning til fig. 4.

Fig. 3 viser en platform med en lignende løfte-15 mekanisme og et lignende styresystem som det, der er vist på fig. 2. Yderligere er der imidlertid her tilføjet en omkoblingsenhed 50, som gør det muligt for motor/gene-rator-styreenheden 45 at styre funktionen af en eller flere yderligere elektromotorer 51 til at drive kør-20 selshjulene 21 på apparatet. Motorerne 51 kan være integrerede hjulnavs-motor/gearkasseenheder eller kan drives gennem separate transmissionsenheder 52.

Det skal påpeges, at en fælles styreenhed 44 kan anvendes, eftersom platformen 11 aldrig hæves eller 25 sænkes, medens apparatet 10 er i bevægelse og vice versa.

Operationen af motorstyreenheden 44 skal nu beskrives med henvisning til fig. 4(a), (b) og (o) samt fig. 5(a) og (b). Idet platformen 11 hæves, er strøm-30 gennemgangen gennem motor/generator 42 i motordrift generelt som vist på fig. 4(a). En tyristor 60 kan kobles til eller fra med varierende relative perioder, således at der opnås en styret strømforsyning gennem ankeret 61 for motoren 42 og feltspolerne 62.

35 I dette tilfælde driver motoren skruerne 17a, således at der opnås en hævning af platformen 11. I det elektriske kredsløb er der også indbygget en regenerativ

DK 153131B

10 bremsnings-diode 63, en induktans 64, en motordiode 65, en kontakt 66 og batterisamlingen 45. Under platformens hævning er kontakten 66 sluttet til.

Når platformen 11 er under sænkning, frembringer 5 massen af platformen 11 og en eventuel last 45 derpå et drejningsmoment på skruen 17a gennem møtrikkerne 17b og får motorankeret 61 til at accelerere i modsat retning af motordrift (se fig. 4(b) og (c)).

Por at styre faldhastigheden for platformen 11a tilfø-10 res ankeret 61 et balancerende drejningsmoment ved den regenerative bremsningsteknik. På fig. 4(b) er kontakten 66 afbrudt, således at strømkredsen over ankeret 61 bliver brudt, og der udgår som følge heraf ikke nogen strøm fra batterisamlingen 45. Da spolerne i ankeret 61 15 udsættes for det magnetfelt, som etableres af feltspolerne 62, skabes der en spænding. Ved ledende tyristor 60 (fig. 4(b)) vil strømmen passere gennem den regenerative bremsediode 63, ankeret 61, feltspolerne 62 og induktansen 64. På grund af naturen af jævnstrøms-20 seriemotorer vil der være meget lille modstand mod strømmen, og denne vil da vokse eksponentielt inden for dette kredsløb (se fig. 5(a)). Ved en forudbestemt, given strømstyrke, der kan varieres med henblik på at skabe en større eller mindre grad af regenerativ bremsning 25 bringes tyristoren 60 til at koble ud. Når tyristoren 60 er koblet ud som vist på fig. 4(c), opnår man følgende sæt af omstændigheder: Strømmen havde stor styrke i feltspolerne 62 og induktansen 64, før tyristoren 60 koblede ud, og der er derfor skabt en elektrisk iner-30 ti inden for kredsløbet. Denne elektriske inerti tager form af magnetisk energi i spolerne på induktansen 64 og feltspolen 62. Når tyristoren 60 er koblet ud, ledes energien gennem motordioden 65 ind i batterisamlingen 45. Når tyristoren 60 kobler ud, vil spændingen 35 ved tyristoren 60 stige til mange hundrede volt, hvilket er rigeligt til at føre strømmen tilbage til batteriet 45 og dermed sikre genopladning af dette.

DIC 153131 B

11

Fig. 5(a) viser strømforløbet i ankeret 611,, medens tyristoren 60 er ledende. Strømstyrken vokser Eksponentielt, indtil tyristoren 60 kobler ud, og strømmen dermed føres til batteriet 45. Idet strømstyrken i 'ankeret 5 falder til et forudbestemt og indstillet niveau, kobler tyristoren igen til, således at cyklus1en gentages. Den grafiske fremstilling på fig. 5(b) viser således et typisk strømstyrkeforløb til batteriet.

En udjævnet løfteoperation for platformen 11 op-10 nås således ved impulsstyring af tyristoren 60. Når en tung last sænkes, vil tempoet for kobling til og fra af tyristoren 60 være større end ved en lettere last.

Ved anvendelse af regenerativ bremsning af den ned-adskridende platform opnås der en meget præcis styring 15 af placering, acceleration og hastighed for platformen.

Størrelserne, der er angivet nedenfor i tabel 1, viser det beregnede, ideelle energiforbrug ved hævning og sænkning af en platform, der vejer 2500 kg med de indikerede belastninger over en strækning på 1865 mm sam-20 menlignet med det målte energiniveau ved et konkret apparat i overensstemmelse med opfindelsen. Batteriet havde en spænding på 72 volt og var 75% opladet.

Tabel 1

LAST IDEAL MÅLT EFFEKTIVITET

25 (kg) Beregnet Ah. %

Ah.

(7000 0,67 1,37 49 i 4°°0 0,46 0,95 48 Hævningj 2000 0f32 o, 65 49 i 0 0,18 0,40 45 30 /0 -0,18 -0,12 66 „ , . 2000 -0,32 -0,20 62 Sænkning^ 4(J00 _0/46 -0,30 65 I 7000 -0,67 -0,42 62

Det ses, at i alle tilfældene genvindes over 60% af den tilstedeværende potentielle energi, som den hævede 35 platform repræsenterer, ved sænkningen af platformen.

DK 153131B

12

Tabel 2 viser nedenfor det totale energiforbrug ved typisk håndtering af en Boeing 747 flyvemaskine efter det indikerede mønster.

Tabellen sammenholder tallene fra et apparat i hen-5 hold til opfindelsen, et tilsvarende typisk hydraulisk drevet apparat og det ideelle energitilfælde svarende til en effektivitet på 100%.

Tabel 2 FUNKTION IDEAL APPARAT TYPISK HYDRAU- 10 ENERGI % ifl.qpfin- LISK APPARAT % delsen virkelige %

HaEvning/Sænkriing 8,35 56 14,49 50 26,20 55 Kørsel 4,01 27 8,00 28 14,85 31

Brofuriktion 0,34 2 2,25 8 2,25 5

Conveyorfunktion 0,80 5 2,70 9 2,70 6 15 Servicefunktion 1,40 10 1,40 5 1,40 3 TOTAL 14,90 Ah. 28,84 Ah. 47,40 Ah.

Opgaver for en 1x7 ton pallelastning og losning

Boeing 747 3 x 4 ton pallelastning og losning flyvemaskine: 8x2 ton containerpar/lastning og losning 400 m kørsel „n 3 x broløftning 0,1 times conveyortjeneste 0,3 times natbelysningsarbejde

Forudsætninger: Platformsdæk 2500 kg

Brodæk 2000 kg Dørhøjde 2,8 m

Apparatvægt 13 tons 25 Rulningsmodstand 200 N/ton

Det fremgår åbenlyst af tabel 2, at stigningen i den totale affektivitet ved et apparat i henhold til opfindelsen væsentligst opnås ved den større effektivitet, der opnås ved anvendelsen af regenerativ bremsning af 30 platformen under dens sænkning og ved anvendelsen af direkte trækdrift af hjulene via elektromotorer fremfor anvendelse af hydraulisk transmission.

Selv om nærværende opfindelse er beskrevet med henvisning til apparater til lastning og losning af flyve-35 maskiner, kan de samme principper lige så godt anvendes ved næsten alle løfteapparater, der drives ved elektrisk kraft og skal kunne kontrollere de tunge lasters fald.

Claims (1)

10 PATENTKRAV Apparat til hævning og sænkning af laster-, omfattende et chassis (13) med en i højden regulerbar platform (11), der er forbundet med chassiset ved hjælp af midler (14), som holder platformen i næsten vandret 15 stilling uanset dens højde, mekanisk løfteudstyr (17,18) til at ændre platformens højde over chassiset, -elektro-motordrivudstyr (42), der over transmissionsudstyr (40) er koblet til det mekaniske løfteudstyr til hævning af platformen, elektrisk energilagringsudstyr (45) til 20 drift af elektromotordrivudstyret, styreudstyr (44) til omkobling af elektromotordrivudstyret, så det virker som elektrisk generatorudstyr, hvorved platformen kan retarderes under sænkningen,, idet generatoren drives af den nedadgående platform, kendetegnet ved, at 25 elektromotor/generator-udstyret (42) er en jævnstrømsseriemaskine.