專利名稱：塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種建筑機械，具體涉及一種采用雙電機變頻補償傳動的塔機起升機構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑施工機械化水平的不斷提高，對塔機制造質(zhì)量和整機技術(shù)水平的要求也越來越高。塔機各個傳動機構(gòu)所采用的方式，控制系統(tǒng)的技術(shù)水平，用戶的可操作性和可維護(hù)性這些要素基本上就體現(xiàn)了整個塔機的技術(shù)水平和檔次。而在這幾個系統(tǒng)中，最為重要也是最具有技術(shù)代表性的是起升機構(gòu)，它控制功率最大、調(diào)速范圍最寬、出故障后的維修難度也最大。而且該系統(tǒng)調(diào)速過程產(chǎn)生的機械沖擊是整個塔機結(jié)構(gòu)件疲勞失效最為重要的原因之一。
國內(nèi)業(yè)內(nèi)各生產(chǎn)商在該機構(gòu)上花了許多工夫來改進(jìn)其性能，也有了長足的進(jìn)步，但從整體上看，絕大多數(shù)采用的仍然是單電機傳動方案，以繞線式電機和變極電機調(diào)速為主，然而要想達(dá)到較寬的調(diào)速范圍，只有設(shè)計制造大功率、寬調(diào)速范圍的非標(biāo)電機，如采用多極繞線式電機；或制作大極差的多速電機。這些較高的調(diào)速要求不但給電機生產(chǎn)廠商帶來了較多的質(zhì)量控制難題，而且也增加了控制回路和電機的制造成本。
鑒于以上的原因，國內(nèi)外的專業(yè)生產(chǎn)商在塔機的起升調(diào)速方式上也做了較多嘗試，如多極電機的調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速，逐漸地，隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和不斷地被人們認(rèn)識，它以絕對的優(yōu)勢超越了其他的任何調(diào)速方案，其優(yōu)點是數(shù)不勝數(shù)，如零速抱閘對制動器無磨損；任意低的就位速度可用于精確吊裝；速度的平滑過渡對機構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無沖擊載荷，加大了塔機的運行安全性；極低的起動電流，減輕了用戶電網(wǎng)擴容的負(fù)擔(dān)；幾乎任意寬的調(diào)速范圍，提高了塔機工作效率；節(jié)能的調(diào)速方式，減少了系統(tǒng)運行能耗；單速的鼠籠電動機以較高的可靠性保證了機構(gòu)運行可靠性；......等等。所以國外的塔機制造商所推出的最新塔機也是采用變頻起升機構(gòu)，如POTAIN，LIEBHERR等著名公司。同時我們認(rèn)為，隨著變頻器價格的不斷降低；可靠性不斷提高，變頻技術(shù)一定能在我國的建筑機械上得到廣泛應(yīng)用。這將對塔機的安全運行和減少運行能耗都有著重要的意義。
我國的塔機用戶和生產(chǎn)商都希望能推出變頻系統(tǒng)，然而在具體設(shè)計中由于相互制約的技術(shù)原因使得現(xiàn)在的變頻起升機構(gòu)存在著以下難題要想滿足高速性能，勢必造成低速時的起吊載荷??；要保證低速的起吊能力，其最高速度又偏低；要是為了滿足兩者的要求，只有加大電機功率和變頻器功率，這就帶來系統(tǒng)成本的大幅度提高，加大了變頻應(yīng)用的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)行塔機變頻起升機構(gòu)調(diào)速范圍小、最高工作速度偏低、系統(tǒng)整機功率大、成本高的問題，而提供一套在較小整機功率和較低系統(tǒng)成本下，不但能滿足低速時大載荷起吊，而且最高工作速度也得到了大幅度提高的塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，與現(xiàn)在具有同樣技術(shù)指標(biāo)的變頻起升機構(gòu)相比較，其系統(tǒng)工作性能有較大提高，成本有較大下降，為普及變頻技術(shù)在塔機上的應(yīng)用提出了一種嶄新的方案。
本實用新型采用的技術(shù)方案是這種塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)由兩套變頻器分別驅(qū)動兩臺電動機，兩臺電動機分別經(jīng)變速機構(gòu)共同驅(qū)動起升機構(gòu)的卷筒；上述技術(shù)方案中，當(dāng)兩臺電動機都為單速鼠籠式電動機時，至少其中有一套與電動機相連接的變速機構(gòu)的減速比是可變的。
上述技術(shù)方案中，在電動機到卷筒之間的傳動鏈上的任何地方都可安裝可變減速比的環(huán)節(jié)。
上述技術(shù)方案中，當(dāng)與兩臺電動機相連接的變速機構(gòu)的減速比都為固定不變時，至少其中有一個電動機為可變極的多速電機；上述技術(shù)方案中，當(dāng)電動機尾部沒有安裝制動器時，則在電動機與卷筒之間的傳動鏈上安裝制動器裝置。
本實用新型的工作過程是這樣的在兩電機都為單速電機時，在系統(tǒng)中，與固定速比減速機相連接的電機我們稱為主電機，該傳動回路稱為主回路；與可變速比減速機相連接的電機我們稱為補償電機，相應(yīng)傳動回路為補償回路。當(dāng)塔機的吊重是輕載時，補償回路的減速比減小，增加起升機構(gòu)的高速功率，使起升機構(gòu)有較高的速度運行，提高整機工作效率；當(dāng)塔機的吊重是重載時，補償回路的減速比加大，加強起升機構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩，提高起升機構(gòu)的低速起吊能力。
在兩套減速機構(gòu)都為固定速比時，一定有臺電動機可變極對數(shù)，當(dāng)起吊大載荷時，加大極對數(shù)以提高轉(zhuǎn)矩；當(dāng)?shù)踺d較輕時，減少極對數(shù)，補償高速功率，效果與上相同。
本實用新型主要解決了如下問題一、與相同調(diào)速性能的變頻系統(tǒng)相比較，本實用新型可以降低系統(tǒng)的整機功率，減少系統(tǒng)成本。對于塔機的起升機構(gòu)，為了提高工作效率，要求有較高的輕載高速，而且還希望在低速時有較大的起吊能力，在采用變頻系統(tǒng)時，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊性和減速機的輸入級速度限制(小于3000轉(zhuǎn))，當(dāng)采用某一恰當(dāng)功率來滿足高速性能時，會有低速時起吊能力不足；而要滿足低速的起吊能力，那么高速的速度又會不夠，要兩者兼顧，必須采用大極數(shù)的電動機，而且還要加大系統(tǒng)功率，這樣就大幅度增加了系統(tǒng)成本。與常規(guī)變頻系統(tǒng)比較，采用該項技術(shù)后，相似的調(diào)速性能的起升機構(gòu)可以減少裝機功率15-20％；且所配電機的額定轉(zhuǎn)速得到了提高，機座號相應(yīng)變小，大幅度降低了系統(tǒng)成本。
二、解決了系統(tǒng)出故障時，塔機必須停機檢修的問題。由于我們采用的是雙傳動方案，任何一個傳動鏈上的減速機、電動機或變頻器出現(xiàn)故障，起升機構(gòu)還可起吊一定的載荷，如果兩邊的傳動功率一樣，那么還可起吊一半的載荷，這對于塔機這種特殊的起重機械，大部分的工況下還可工作，因而降低了用戶的停機損失；減輕了生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)壓力。
三、解決了起升機構(gòu)由于重量不對稱造成的塔機平衡臂偏載的問題。對于塔機，起升機構(gòu)的安裝原則一般是卷筒的軸向中點在平衡臂的中線上，對于較大的單傳動起升機構(gòu)，都只能在卷筒的一邊布置傳動部件，重心不可能在卷筒的中線上，這樣對平衡臂的支撐點受力不平衡，會帶來安全問題，特別是大噸位的起升機構(gòu)，這種問題尤為突出。本發(fā)明的雙驅(qū)動機構(gòu)可以在卷筒的兩邊平衡布置，完全可使整套機構(gòu)的重心處于平衡臂的中心線上，因而不存在偏載的問題，提高了塔機的運行安全性。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理圖圖2為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示圖圖3為本實用新型實施例2結(jié)構(gòu)示圖圖4為本實用新型實施例1的控制原理圖圖5為本實用新型實施例3結(jié)構(gòu)示圖附圖標(biāo)注說明1——變頻器 2——變頻器3——控制單元 4——速度給定單元5——電機制動器 6——電動機7——連接單元 8——變速機構(gòu)9——卷筒支板 10——卷筒11——卷筒支板 12——減速機13——連接單元 14——電動機15——電機制動器16——連軸器17——速度編碼器18——減速機19——換速螺桿 20——換速電動機21——換速螺套 22——撥叉23——減速機輸出軸 24——減速機小齒輪25——卷筒大齒輪26——卷筒軸27——牙嵌套28——減速機大齒輪29——卷筒小齒輪30——可變減速比的變速機構(gòu)
31——輸入軸 32——低速離合器33——輸入小齒輪 34——離合器接線端35——輸出大齒輪 36——高速離合器37——輸出小齒輪 38——輸出軸39——輸入大齒輪 40——控制系統(tǒng)41——主驅(qū)動回路 42——補償驅(qū)動回路具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括有電動機6、電動機14、制動器5、制動器15、連接單元7、連接單元13、變速機構(gòu)8、減速機12、卷筒10、控制系統(tǒng)40，其中控制系統(tǒng)40中包含有分別控制電動機14和電動機6的變頻器1和變頻器2，還有用于控制變頻器1、變頻器2、電動機制動器5、電機制動器15以及控制變速機構(gòu)8減速比的控制單元3，控制單元3的控制過程由速度給定單元4確定。
本實用新型是以如下方式完成對塔式起重機的升降作業(yè)的以圖1為例，由變頻器1驅(qū)動的電動機14、制動器15和連接單元13、減速機12構(gòu)成對卷筒10的主驅(qū)動回路41；由變頻器2驅(qū)動的電動機6、制動器5和連接單元7以及變速機構(gòu)8構(gòu)成對卷筒10的補償驅(qū)動回路42?？刂茊卧?根據(jù)速度給定單元4給出的速度指令分別控制變頻器1和主驅(qū)動回路41中的電機制動器15，變頻器1根據(jù)控制單元3的命令調(diào)節(jié)電動機14的工作速度，電動機14經(jīng)連接單元13和減速機12驅(qū)動卷筒10以一定的速度轉(zhuǎn)動；控制單元3還根據(jù)速度給定單元4給出的速度指令控制變頻器2和補償驅(qū)動回路42中的電機制動器5，變頻器2根據(jù)控制單元3的命令調(diào)節(jié)電動機6的輸出力矩，且該力矩正比于主驅(qū)動回路電動機14的輸出力矩，該力矩經(jīng)連接單元7和變速機構(gòu)8放大后去驅(qū)動卷筒10。也就是說，變頻器1和主驅(qū)動回路42構(gòu)成的系統(tǒng)是采用速度控制方式來驅(qū)動卷筒10的；變頻器2和補償驅(qū)動回路51構(gòu)成的系統(tǒng)是采用力矩控制方式來驅(qū)動卷筒10的，且兩個系統(tǒng)作用在卷筒10上的轉(zhuǎn)矩大小成比例、方向相同。
具體過程如下速度給定單元4給控制單元3一個速度檔位信號，控制單元3同時對變頻器1和變頻器2給出方向指令，控制單元3在給變頻器1速度指令的同時，根據(jù)變頻器1計算出電動機14所產(chǎn)生的力矩大小，再給出變頻器2的力矩指令，然后控制單元3打開電機制動器5、15，卷筒10就以電動機14確定的速度轉(zhuǎn)動，正向轉(zhuǎn)動如果為上升，那么反向就為下降，其轉(zhuǎn)矩為電動機14和電動機6經(jīng)各自的減速放大后的轉(zhuǎn)矩之和。當(dāng)起吊載荷較大時，控制單元3還會給出換檔信號到變速機構(gòu)8，加大總減速比，以加大補償驅(qū)動回路42的輸出轉(zhuǎn)矩，使得卷筒10具有更大的轉(zhuǎn)矩，但此時由于補償驅(qū)動回路42中各部件的機械性能限制了卷筒10的輸出速度不能太高。當(dāng)起吊載荷不太重時，控制單元3將會給出換檔信號到變速機構(gòu)8，降低總減速比，以加大補償驅(qū)動回路42的輸出轉(zhuǎn)速，使得卷筒10具有更大的運行速度，提高了塔機的運行效率。
本實用新型的控制系統(tǒng)40的一個具體實施例為圖4，速度給定單元4由一組開關(guān)組成，其中有方向開關(guān)、速度檔位開關(guān)、減速比換檔開關(guān)以及各種限位開關(guān)。控制單元3由接觸器MA、MB、MC、MD、ME和長沙市海川機電技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的NDM-S型變頻控制器所組成。接觸器MA、MB分別控制變頻器1、變頻器2與主電源的通斷；接觸器MC、MD分別控制電機制動器15、5的開閉；該控制系統(tǒng)40的具體實施例是具體針對圖2所表示的實施例而設(shè)計的，其接觸器ME控制變速機構(gòu)8中低速離合器32和高速離合器36的開閉。所有接觸器的線圈都連接到NDM-S型變頻控制器上，且NDM-S型變頻控制器還通過兩組控制線分別連接到變頻器1和變頻器2的控制端；變頻器1和變頻器2是由日本安川機電公司生產(chǎn)的616G7型變頻器；電動機14和電動機6分別連接到變頻器1和變頻器2上；速度編碼器17與電動機6同軸，其信號連接到NDM-S型變頻控制器上。
本實用新型傳動機構(gòu)的一個具體實施例如圖2，具體含有電動機14和安裝在其尾部的電機制動器15；安裝在減速機12和電動機14之間的連接單元13；與減速機12輸出軸連接的卷筒10；電動機6和安裝在其尾部的電機制動器5；安裝在變速機構(gòu)8和電動機6之間的連接單元7；連接單元7中有與電動機6轉(zhuǎn)子軸連接的連軸器16，還有速度編碼器17；連軸器16的輸出軸與變速機構(gòu)8的輸入軸連接；變速機構(gòu)8的輸出軸與卷筒10連接；變速機構(gòu)8內(nèi)部除安裝有普通減速機應(yīng)該具備的齒輪、轉(zhuǎn)軸等通用部件外，還有用于改變速比的輸入軸31和安裝在輸入軸31上的低速離合器32、與低速離合器32連接的輸入小齒輪33、高速離合器36、與高速離合器36連接的輸入大齒輪39；輸出軸38和安裝在輸出軸38上的輸出大齒輪35、輸出小齒輪37；以及離合器接線端34；并且輸入小齒輪33與輸出大齒輪35嚙合；輸入大齒輪39與輸出小齒輪37嚙合；
結(jié)合上述一種具體的結(jié)構(gòu)實施例圖2和控制系統(tǒng)40的一個具體實施例圖4的分析，整個起升機構(gòu)的工作過程如下當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先是控制單元3中的NDM-S型變頻控制器得電，如果此時速度給定單元4中的上升、下降方向開關(guān)打開；確定電動機是否工作的開關(guān)“A運行”和“B運行”都閉合；且各限位開關(guān)都處于閉合狀態(tài)，則接觸器MA、MB的線圈得電，接觸器MA、MB得電使變頻器1和變頻器2上電，但此時無速度輸出，電動機14和電動機6不工作，系統(tǒng)處于準(zhǔn)備階段。當(dāng)速度給定單元4中有方向和速度檔位開關(guān)閉合時，NDM-S型變頻控制器同時會對變頻器1和變頻器2給出方向與速度指令，并打開接觸器MC、MD，電機制動器15和電機制動器5打開，電動機14將根據(jù)變頻器1給出的速度運轉(zhuǎn)，與此同時，NDM-S型變頻控制器將檢測變頻器1的轉(zhuǎn)矩大小，經(jīng)比例運算后輸出到變頻器2，變頻器2將根據(jù)該力矩信號去控制電動機6的輸出轉(zhuǎn)矩，電動機14經(jīng)連接單元13和減速機12去驅(qū)動卷筒10轉(zhuǎn)動；電動機6經(jīng)連接單元7、變速機構(gòu)8去驅(qū)動卷筒10轉(zhuǎn)動，卷筒10的速度由電動機14確定，其轉(zhuǎn)矩為減速機12和變速機構(gòu)8的輸出轉(zhuǎn)矩之和。
如果載荷為輕載，速度給定單元4中“減速機換檔”開關(guān)打開，ME的線圈得電，接觸器ME閉合使高速離合器36閉合，使低速離合器32斷開；電動機6的輸出轉(zhuǎn)矩首先經(jīng)連接單元7中的連軸器16傳到變速機構(gòu)8，經(jīng)齒輪再傳到輸入軸31，由于此時高速離合器36閉合，低速離合器32斷開，其力矩將由輸入大齒輪39傳到輸出小齒輪37，然后經(jīng)其他齒輪組傳到變速機構(gòu)8的輸出軸，這時的輸出轉(zhuǎn)矩較小但輸出速度較高；卷筒10得以輕載高速運行；當(dāng)載荷為重載時，速度給定單元4中“減速機換檔”開關(guān)閉合，ME斷開，接觸器ME斷開使高速離合器36斷開，使低速離合器32閉合；電動機6的輸出轉(zhuǎn)矩首先經(jīng)連接單元7中的連軸器16傳到變速機構(gòu)8，經(jīng)齒輪再傳到輸入軸31，由于此時高速離合器36斷開，低速離合器32閉合，其力矩將由輸入小齒輪33傳到輸出大齒輪35，然后經(jīng)其他齒輪組傳到變速機構(gòu)8的輸出軸，這時的輸出轉(zhuǎn)矩較大但輸出速度較低，卷筒10得以重載低速運行；速度給定單元4中的“A運行”和“B運行”開關(guān)確定兩個電動機是同時工作或者單機工作；所有的限位開關(guān)是為了限制電動機的工作狀態(tài)，如速度大小、運行方向等。
速度編碼器17是為了變頻器能精確工作而設(shè)，有些廠家的變頻器可以不用。
圖3、圖5都是本實用新型的具體實施例，其技術(shù)方案、主體結(jié)構(gòu)、工作原理、控制電路都是和圖1、圖2以及圖4相同的，所不同的是圖3所示實施例的右邊變速機構(gòu)除了具有固定減速比的減速機18外，還在傳動鏈上安裝有撥叉牙嵌離合式可變減速比的變速機構(gòu)30，該變速機構(gòu)30內(nèi)換速螺桿19由換速電動機20驅(qū)動，撥叉22通過換速螺套21套裝在換速螺桿19上，撥叉22下端連接固定牙嵌套27，牙嵌套27套裝在減速機輸出軸23上，兩邊分列有減速機大齒輪28和減速機小齒輪24，減速機大齒輪28和減速機小齒輪24分別與卷筒小齒輪29和卷筒大齒輪25嚙合，齒輪25、29與卷筒軸26連接固定。
圖5所示的實施例為“一”字形排列安裝結(jié)構(gòu)，左邊為固定減速比的主驅(qū)動回路，右邊除了具有固定減速比的變速機構(gòu)18外，還具有與上述圖3相同結(jié)構(gòu)的撥叉牙嵌離合式可變減速比的變速機構(gòu)30。該“一”字形雙電機雙驅(qū)動回路起升機構(gòu)右邊可變減速比的變速機構(gòu)30還可以采用電磁離合器式可變減速比的變速機構(gòu)或其他可變減速比的變速機構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，其特征在于由兩套變頻器分別驅(qū)動兩臺電動機，兩臺電動機分別經(jīng)變速機構(gòu)共同驅(qū)動起升機構(gòu)的卷筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，其特征在于當(dāng)兩臺電動機都為單速鼠籠式電動機時，至少其中有一套與電動機相連接的變速機構(gòu)的減速比是可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，其特征在于在電動機到卷筒之間傳動鏈上的任何地方都可安裝可變減速比的環(huán)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，其特征在于當(dāng)與兩電動機連接的變速機構(gòu)其減速比都為固定不變時，至少其中有一個電動機為可變極的多速電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，其特征在于當(dāng)電機尾部沒有安裝制動器時，則在電動機與卷筒之間的傳動鏈上還安裝有制動器裝置。
專利摘要一種塔機雙電機變頻補償傳動起升機構(gòu)，由兩套變頻器分別驅(qū)動兩臺電動機，兩臺電動機分別經(jīng)變速機構(gòu)共同驅(qū)動起升機構(gòu)的卷筒。變速機構(gòu)的減速比可以是固定的，也可以是可變的，電動機可以是單速鼠籠式電機，也可以是可變極的多速電機。本實用新型采用主回路、補償回路的雙驅(qū)動回路，減小了整機功率要求，降低了成本，還解決了塔機平衡臂偏載的問題，避免了故障停機停產(chǎn)損失，使起升機構(gòu)輕載高速高效，重載低速大轉(zhuǎn)矩，提升了整機技術(shù)性能。
文檔編號B66B13/12GK2685302SQ20042003532
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者倪建軍 申請人:倪建軍