缩短装卸时间的港口装卸设备的控制方法和港口装卸设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在使吊装货物升降的港口装卸设备中缩短了装卸时间的港口装卸设 备的控制方法和港口装卸设备。
【背景技术】
[0002] 近来，随着国际航线中的集装箱输送系统的迅速发展，集装箱船变得大型化，要求 提高进行与集装箱船的货物的装卸的码头起重机、门式起重机、跨运车及卸货机等港口装 卸设备的装卸效率。此外，作为社会性环境问题，要求削减C02的节能化。这些提高港口装 卸设备的装卸效率的做法会缩短装卸时间，即缩短使吊装货物升降的时间。如果装卸时间 缩短，则相应地能够减少由港口装卸设备消耗的电力，带来节能化。
[0003] 使用以往的电动机使吊装货物升降的港口装卸设备当在升降运动中加速或减速 时，使电动机以恒定的加速度加减速。但是，在该以恒定的加减速使吊装货物升降的情况 下，在加减速中产生的转矩中有富余。
[0004] 这里，说明作为以往的港口装卸设备的码头起重机。如图7所示，码头起重机IOX 包括横梁部11、吊运车12、驾驶室13、集装箱吊具（吊具)14、线材15及机械室16X。该码头 起重机IOX利用集装箱吊具14从停靠在码头G上的船舶S将集装箱C (吊装货物）抓住， 使用设置在机械室16X中的马达(未图示）使线材15升降并使吊运车12横移，从而向输送 台车17进行集装箱C的交接。
[0005] 该马达由集装箱C的载荷确定升降的最大速度，在达到其最大速度之前，以恒定 的加速度或减速度进行集装箱C的升降。但是，相对于马达的最大输出，与集装箱C的升降 无关地都将用于吊挂吊装载荷所需要的输出（以下称为保持用转矩）设定得较低。这是因 为，选择当使额定载荷以额定速度升降时马达输出为100%的马达的情况较多。
[0006] 所谓额定载荷，是指能够连续装卸（上升、下降、横移）的载荷，当马达以额定载荷 进行上升加速时，能够输出额定输出的180%~200%的转矩。这是感应电动机（马达）的一 般的特性，感应电动机在电源刚接入后能够输出额定转矩的125%左右的启动转矩，能够输 出额定转矩的180%~200%的停动转矩。所谓启动转矩，是指在马达启动的瞬间输出的转 矩，如果作用比该转矩大的负载则马达不起动，所以为比额定转矩大的转矩。另一方面，所 谓停动转矩，是指马达在一定电压一定频率下能够输出的最大转矩，如果作用该转矩以上 的负载，则马达停止。即，一般而言，在用于使吊装货物升降的港口装卸设备的马达中，在能 够输出的转矩方面有富余。
[0007] 于是有以下这样的起重机及起重机的控制方法：所述起重机包括马达、吊装货物 保持用转矩计算部、最大转矩计算部和控制部，所述马达使吊装货物升降，所述吊装货物保 持用转矩计算部基于吊装货物的载荷计算保持吊装货物所需要的吊装货物保持用转矩，所 述最大转矩计算部计算马达能够输出的最大转矩，所述控制部基于从上述最大转矩减去上 述吊装货物保持用转矩求出的吊装货物的加速转矩来进行上述马达的加速控制，缩短了吊 装货物的上升下降时间(例如参照专利文献1)。
[0008] 对专利文献1所记载的起重机的电动机的控制进行说明。在图8中表示该电动机 的输出特性。该电动机具有输出与速度成正比且输出转矩为恒定的恒定转矩区域A2、和输 出转矩与速度成反比且输出为恒定的恒定输出区域A3。将为了保持吊装货物所需要的保 持用转矩Tw的区域设为保持用转矩区域31，将从为了使吊装货物升降而实际需要的转矩 Tl减去保持用转矩Tw而得到的转矩，即能够用于加速用的转矩的区域设为加速用转矩区 域32。
[0009] 在以往的起重机中，在使用作为比基准速度VO快的速度的恒定输出区域A3的情 况下，由于恒定输出区域A3的转矩与速度成反比，所以根据吊装货物的载荷来确定升降的 最大速度Vmax。此时的加速度在达到最大速度Vmax之前为恒定。
[0010]另一方面，专利文献1所记载的起重机的电动机从吊装货物的升降开始到基准速 度V0,以与以往的起重机同样的加速度使吊装货物升降，以从在恒定输出区域A3中表示的 最大转矩Tv减去保持用转矩Tw而得到的转矩，从基准速度VO到最大速度Vmax，以更快的 加速度使吊装货物升降。此时将用于加速用的转矩区域设为可变转矩区域32X。通过利用 该可变转矩区域32X，使得专利文献1所记载的电动机从基准速度VO到最大速度Vmax能够 比以往的电动机更快地到达，相应地缩短了装卸时间。
[0011] 但是，如图8所示，如果考虑电动机的输出特性，则可知在恒定转矩区域A2中有富 余。
[0012] 这里，对恒定转矩区域A2进行说明。通常，通过改变向电动机的电压来控制。在 起动时预先使电压很低，如果速度上升则转矩下降，所以如果与此配合地逐渐将电压提高， 则能够将转矩保持为恒定。此时将电动机的电流控制为恒定，输出随着速度而增加。将从 该起动时的区域称为恒定转矩区域A2。该恒定转矩区域A2由于电压与速度成正比地增加， 所以输出（消耗电力）与速度成正比地增加。
[0013] 即，在恒定转矩区域A2内以更大的加速度动作，即使较早地达到基准速度V0,在 以基准速度VO以上的最大速度Vmax以下动作的情况下，在恒定转矩区域A2内消耗的电力 也大致不变。
[0014] 这也可以根据下述的数式1 了解。在数式1中，设马达消耗的总电量为TP，吊装货 物的载荷为fc，机械效率为η，上升高度为hn，上升速度为Vm。
[0015] [数式 1]
[0016] 在作为实际问题考虑的情况下，右边的项因为不到整体的1%，所以可以忽略。例 如，如果设W=30吨，η =〇. 88, h=15m，Vl=lm/s，则左边的项为5013,右边的项为4。因而，可 知总电量不依赖于上升速度。由此，即使提高吊装货物的升降加速度，所消耗的电量也几乎 不会增加。
[0017] 专利文献1 :日本特许第4616447号。
【发明内容】
[0018] 于是，本发明的目的是提供一种港口装卸设备的控制方法和港口装卸设备，能够 不改变消耗的电量而缩短从吊装货物的升降开始到达到基准速度的时间，缩短装卸时间， 削减该缩短的量的由港口装卸设备消耗的能量。
[0019] 用于解决上述问题的本发明的港口装卸设备的控制方法，是包括使吊装货物升降 的电动机的港口装卸设备的控制方法，其特征在于，与上述吊装货物的载荷无关，从上述吊 装货物的升降开始至少到预先确定的基准速度，上述电动机都输出上述电动机能够输出的 最大转矩。
[0020] 根据上述方法，能够与吊装货物的载荷无关地都以电动机能够输出的最大转矩来 控制电动机的动作。由此，能够以比以往大的加速度使吊装货物升降，所以装卸时间也能够 缩短，相应于装卸时间缩短的量，能够削减消耗的电力。另一方面，如前所述，电动机的消耗 的电力即使如前所述地使加速度增加也几乎不受影响。由此，相应于缩短的装卸时间的量， 能够削减电力，所以能够降低港口装卸设备整体的消耗电力。
[0021] 此外，在上述港口装卸设备的控制方法中，与上述吊装货物的载荷无关，从上述吊 装货物的升降开始到上述基准速度，上述电动机都输出恒定转矩区域的第1最大转矩，在 所述恒定转矩区域中输出转矩恒定地动作，从上述基准速度到根据上述吊装货物的载荷计 算的最大速度，上述电动机都输出恒定输出区域的第2最大转矩，在所述恒定输出区域中 输出转矩与速度成反比地下降。
[0022] 根据该方法，能够将具有在基准速度之前具有恒定转矩区域此外从基准速度起具 有恒定输出区域的输出特性的电动机控制为，与吊装货物的载荷无关，都能够输出在恒定 转矩区域中表示的第1最大转矩和在恒定输出区域中表示的第2最大转矩。特别是，与以 往相比，能够使升降速度达到基准速度的时间变早，在该时间的期间中能够延长使吊装货 物升降的距离，所以能够缩短装卸时间。
[0023] 在该电动机选择在使额定载荷以额定速度升降时输出为100%的电动机的情况 下，将额定转矩区域的第1最大转矩优选设定为额定转矩以上，更优选设定为额定转矩的 180%~200%的转矩。此外，基准速度可以任意地设定，但优选的是设定为作为被施加额定 频率的额定电压的电动机使额定载荷升降的速度的额定速度。
[0024] 除此以外，在上述港口装卸设备的控制方法中，至少在确定上述电动机的启动转 矩的产生之前，利用停止机构将卷筒的旋转停止，所述卷筒通过上述电动机而将线材卷取 和送出从而使上述吊装货物升降。
[0025] 通常，在电动机的转速达到额定转速(额定速度）之前是V/f控制（电压+频率= 恒定的控制)，在电动机刚启动后电压和频率较小，由此启动转矩也较小。于是，当频率较低 时转矩变得过小，所以提高电压来进行转矩提升。由此，从电动机刚启动后，产生比保持用 转矩大的启动转矩，所以能够保持吊装货物。
[0026] 根据该方法，至少在确定电动机的启动转矩的产生之前，能够利用停止机构将卷 筒的旋转停止。由此，当电动机不动作时，能够保持吊装货物，防止吊装货物的下落。利用 该停止机构保持吊装货物时是将吊装货物吊挂在吊具上时、或从上升动作向下降动作转移 时。
[0027] 除此以外，在上述港口装卸设备的控制方法中，从上述吊装货物的升降开始到上 述基准速度，使上述吊装货物以由上述第1最大转矩产生的恒定的第1加速度升降；从上述 基准速度到上述最大速度，每隔预先确定的恒定时间计算第2转