变幅机构以及变幅机构满功率调速方法

摘要

本发明提供了一种变幅机构以及变幅机构满功率调速方法。其中变幅机构满功率调速方法包括：获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳（40）和第二变幅绳（70）的合力△F；以及根据△F调节变频电动机的实际转速。本发明的技术方案可以实现变幅机构的变频电动机随吊钩的负载重量大小而自动满功率调速。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种变幅机构以及变幅机构满功率调速方法。

背景技术

目前塔式起重机的变幅机构采用变频器的多端速选择进行变速，一般只有5个档位。在 恒转矩段工作区间，一般是在最低速与满载运行时的最高速之间设定几个档位；在恒功率段 工作区间，由于满载与空载之间有多种负载工况，速度档位不好设定，为防止变频电动机过 载，只能采取限制其高速档，让其运行在低速档的措施，这就造成变频电动机功率的严重浪 费。

发明内容

本发明旨在提供一种变幅机构以及变幅机构满功率调速方法，可以实现变幅机构随吊钩 的负载大小而自动满功率调速。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变幅机构满功率调速方法，包 括以下步骤：获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳和第二变幅绳的合力△F；以及根据△ F调节变频电动机的实际转速。

进一步地，获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳和第二变幅绳的合力△F包括以下步 骤：获取第一变幅绳由于张力作用产生的第一电信号，基于第一电信号得到第一变幅绳的张 力F1；获取第二变幅绳由于张力作用产生的第二电信号，基于第二电信号得到第二变幅绳的 张力F2；以及根据F1和F2得到△F。

进一步地，获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳和第二变幅绳的合力△F包括以下步 骤：获取吊钩由于当前起重重量作用产生的第三电信号，基于第三电信号得到△F。

进一步地，根据△F调节变频电动机的实际转速包括以下步骤：根据△F计算当前起重重 量下变幅小车所允许的最大运行速度；根据最大运行速度计算变频电动机的理论转速；根据 变频电动机的理论转速计算变频电动机的理论频率；以及根据变频电动机的理论频率调节变 频电动机的实际转速。

进一步地，最大运行速度基于以下公式得出：P=ΔF·v=|F₁-F₂|·v；其中，P为变 频电动机的功率，△F为第一变幅绳和第二变幅绳的合力，F1为第一变幅绳的张力，F2为第 二变幅绳的张力，v为最大运行速度。

进一步地，变频电动机的理论频率基于以下公式得出：其中，n为变频电 动机的理论转速，f为变频电动机的理论频率，s为转差率，p为变频电动机的磁极对数。

进一步地，根据变频电动机的理论频率调节变频电动机的实际转速包括以下步骤：根据 变频电动机的理论频率发出变频指令；根据变频指令为变频电动机提供相应的实际频率和实 际电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种变幅机构，包括：获取装置，获取装置用于获取与 当前起重重量相对应的第一变幅绳和第二变幅绳的合力△F；以及变频器，变频器与获取装置 电连接，变频器用于根据△F调节变频电动机的实际转速。

进一步地，获取装置包括：第一力学传感器，第一力学传感器设置于变幅机构的臂尖滑 轮上，第一力学传感器用于获取第一变幅绳由于张力作用产生的第一电信号；第二力学传感 器，第二力学传感器设置于变幅机构的臂根滑轮上，第二力学传感器用于获取第二变幅绳由 于张力作用产生的第二电信号；以及PLC，PLC分别与第一力学传感器、第二力学传感器和 变频器电连接，PLC用于根据第一电信号得到第一变幅绳的张力F1、根据第二电信号得到第 二变幅绳的张力F2、根据F1和F2得到△F、根据△F计算当前起重重量下变幅小车所允许的 最大运行速度、根据最大运行速度计算变频电动机的理论频率以及根据理论频率向变频器发 出变频指令以控制变频器为变频电动机提供相应的实际频率和实际电压。

进一步地，获取装置包括：第三力学传感器，第三力学传感器设置于吊钩上，第三力学 传感器用于获取吊钩由于当前起重重量作用所产生的第三电信号；以及PLC，PLC分别与变 频器和第三力学传感器电连接，PLC用于根据第三电信号得到当前起重重量、根据当前起重 重量得到△F、根据△F计算当前起重重量下变幅小车所允许的最大运行速度、根据最大运行 速度计算变频电动机的理论频率以及根据理论频率向变频器发出变频指令以控制变频器为变 频电动机提供相应的实际频率和实际电压。

应用本发明的技术方案，根据变幅机构的起重重量与变幅机构的第一两个变幅绳的张力 之间具有的数学关系，先获取变幅机构的第一变幅绳的张力以及第二变幅绳的张力，根据所 获取的第一变幅绳的张力以及第二变幅绳的张力可以相应地调节变频电动机的转速，从而使 变频电动机的转速根据起重重量的变化自动适应，实现了重载低速、轻载高速的满功率调速， 切实可行地解决了恒功率段变频电动机功率浪费的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的第一个实施例的变幅机构的示意图；

图2示出了根据本发明的第一个实施例的原理示意图；

图3示出了根据本发明的第一个实施例的流程示意图；

图4示出了根据本发明的第二个实施例的吊钩的示意图；以及

图5示出了根据本发明的第二个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，根据本发明的第一个实施例，提供了一种变幅机构，其中变幅卷筒 10由变频电动机驱动，变幅卷筒10上绕设有第一变幅绳40和第二变幅绳70，第一变幅绳40 从变幅卷筒10上出绳后绕经托轮20以及臂尖滑轮30，并固定在变幅小车60的第一侧，第二 变幅绳70从变幅卷筒10上出绳后绕经臂根滑轮80，并固定在变幅小车60的与其第一侧相对 的第二侧，通过第一变幅绳40和第二变幅绳70在卷筒10上的收放，实现变幅小车60在起 重臂的臂尖和臂根之间的运动，进而带动变幅小车60上悬挂的吊钩50及吊钩50所负载的重 物实现变幅。臂尖滑轮30上设置有第一力学传感器31，第一力学传感器31用于获取第一变 幅绳40由于张力作用而产生的第一电信号，臂根滑轮80上设置有第二力学传感器81，第二 力学传感器81用于获取第二变幅绳70由于张力作用而产生的第二电信号，第一力学传感器 31和第二力学传感器81分别与PLC电连接，将第一电信号和第二电信号分别传递给PLC， PLC将第一电信号转化为第一数字信号，将第二电信号转化为第二数字信号；然后PLC根据 第一数字信号计算得出第一变幅绳40的张力F₁，根据第二数字信号计算得出第二变幅绳70 的张力F₂，这里的F₁和F₂都是与吊钩50当前所负载重物的起重重量相对应的，再根据F₁和 F₂计算出第一变幅绳40与第二变幅绳70之间的合力△F，即为变幅小车60的变幅拉力，然 后根据△F计算在变频电动机满功率时变幅小车60所允许的最大运行速度v，该最大运行速 度v也是当前起重重量下变幅小车60所允许的最大运行速度，从而根据该最大运行速度v可 以计算出当前起重重量下变频电动机的理论转速，根据理论转速可以计算出当前其中重量下 变频电动机的理论频率，得到该变频电动机的理论频率后，PLC向变频器发出变频指令，变 频器接收到变频指令后将按照PLC所要求的控制规律自动地为变频电动机提供相应的实际频 率和实际电压，来调节变频电动机的实际转速，实现变频电动机的实际转速随负载的重物的 起重重量而自动满功率调整，切实可行地解决了变频电动机在恒功率段功率浪费的问题，且 结构简单，便于控制。

优选地，第一力学传感器31为第一销轴传感器，设置在臂尖滑轮30的枢转轴上，第二 力学传感器81为第二销轴传感器，设置在臂根滑轮80的枢转轴上。

优选地，PLC有两种方式控制变频器，第一种为PLC的D/A模块输出模拟量信号到变频 器的模拟量输入端，第二种为PLC与变频器之间采用通讯的方式，实际应用时这两种控制方 式任选一种即可。

结合参见图3，与第一个实施例的变幅机构的结构相对应，变幅机构满功率调速方法包括 以下步骤：

S100、获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳40和第二变幅绳70的合力△F；

S200、根据△F调节变频电动机的实际转速。

优选地，步骤S100、获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳40和第二变幅绳70的合 力△F包括以下步骤：

首先，通过第一力学传感器31获取第一变幅绳40由于张力作用产生的第一电信号，然 后基于第一电信号得到F₁，这里的第一力学传感器31作为第一变幅绳40的张力数据采集元 件；

其次，通过第二力学传感器81获取第二变幅绳70由于张力作用产生的第二电信号，然 后基于第二电信号得到F₂，这里的第二力学传感器81作为第二变幅绳70的张力数据采集元 件；

最后，根据F₁和F₂计算得到△F。

进一步优选地，对第一电信号进行处理得到F₁包括以下步骤：首先将第一电信号输入PLC 的A/D模块，然后PLC将第一电信号转化为第一数字信号，最后经PLC内部程序运算得到 F₁。

进一步优选地，对第二电信号进行处理得到F₂包括以下步骤：首先将第二电信号输入PLC 的A/D模块，然后PLC将第二电信号转化为第二数字信号，最后经PLC内部程序运算得到 F₂。

优选地，S200、根据△F调节变频电动机的实际转速包括以下步骤：首先PLC根据已经 得出的△F计算在当前起重重量下变幅小车60所允许的最大运行速度v，然后根据最大运行 速度v计算出满功率时变频电动机的理论转速，根据理论转速计算变频电动机的理论频率， PLC就可以根据得到的理论频率对变频器发出变频指令，使变频器输出相应的实际频率和实 际电压，最终实现变频电动机的实际转速的调节。

其中，最大运行速度v基于以下公式得出：

P=ΔF·v=|F₁-F₂|·v；①

式中，P为变频电动机的功率，△F为第一变幅绳40和第二变幅绳70的合力，F₁为第一 变幅绳40的张力，F₂为第二变幅绳70的张力，v为当前起重重量下变幅小车60所允许的最 大运行速度。

变频电动机的频率基于以下公式得出：

$n=\frac{60f(1-s)}{p};$     ②

式中，n为变频电动机的理论转速，f为变频电动机的理论频率，s为转差率，p为变频电 动机的磁极对数。

式①中的v与式②中的n之间存在数学关系，通过得到v可以得出n，进而得出f，其中 v与n的数学关系为常规公式，在此不予赘述。

如图4所示，根据本发明的第二个实施例，提供了一种变幅机构，其中变幅卷筒10由变 频电动机驱动，变幅卷筒10上绕设有第一变幅绳40和第二变幅绳70，第一变幅绳40从变幅 卷筒10上出绳后绕经托轮20以及臂尖滑轮30，并固定在变幅小车60的第一侧，第二变幅绳 70从变幅卷筒10上出绳后绕经臂根滑轮80，并固定在变幅小车60的与其第一侧相对的第二 侧，通过第一变幅绳40和第二变幅绳70在卷筒上的收放，实现变幅小车60在起重臂的臂根 和臂尖之间的运动，进而带动变幅小车60上悬挂的吊钩50所负载的重物实现变幅。由于第 一变幅绳40和第二变幅绳70的合力△F与起重重量之间存在数学关系，所以在吊钩50上设 置第三力学传感器51，用于获取当前起重重量作用在吊钩50上所产生的第三电信号，第三力 学传感器51与PLC电连接，将第三电信号传递给PLC，PLC将第三电信转化为第三数字信 号，然后根据第三数字信号得出当前起重重量，再根据当前起重重量计算得出△F，然后根据 △F计算在变频电动机满功率时变幅小车60所允许的最大运行速度v，该最大运行速度v也 是当前起重重量下变幅小车60所允许的最大运行速度，从而根据该最大运行速度v可以计算 出当前起重重量下变频电动机的理论速度，根据理论速度计算变频电动机的理论频率，得到 该理论频率后，PLC向变频器发出变频指令，变频器接收到变频指令后将按照PLC所要求的 控制规律自动地为变频电动机提供相应的实际频率和实际电压，实现变频电机的实际转速随 负载大小而自动满功率调整，切实可行地解决了变频电动机在恒功率段功率浪费的问题，且 结构简单，便于控制。

优选地，第三力学传感器51为第一销轴传感器，设置在吊钩50的枢转轴上。

优选地，PLC有两种方式控制变频器，第一种为PLC的D/A模块输出模拟量信号到变频 器的模拟量输入端，第二种为PLC与变频器之间采用通讯的方式，实际应用时这两种控制方 式任选一种即可。

结合参见图5，与第二个实施例的变幅机构的结构相对应，变幅机构满功率调速方法包括 以下步骤：

S100、获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳40和第二变幅绳70的合力△F；

S200、根据△F调节变频电动机的实际转速。

优选地，步骤S100、获取与当前起重重量相对应的第一变幅绳40和第二变幅绳70的合 力△F包括以下步骤：

首先通过第三力学传感器51获取当前起重重量作用在吊钩50上使吊钩50产生的第三电 信号；

然后对第三电信号进行处理得到当前起重重量；

最后根据当前起重重量得到△F。这里的第三力学传感器51作为当前起重重量的数据采 集元件。

进一步优选地，对第三电信号进行处理得到当前起重重量包括以下步骤：首先将第三电 信号输入PLC的A/D模块，然后PLC将第三电信号转化为第三数字信号，最后经PLC内部 程序运算得到当前起重重量。

根据当前起重重量得到△F是通过当前起重重量与△F之间的数学关系，该数学关系为常 规公式推导得出，在此不予赘述。

优选地，S200、根据△F调节变频电动机的实际转速包括以下步骤：首先PLC根据已经 得出的△F计算在当前起重重量下变幅小车60所允许的最大运行速度v，然后根据最大运行 速度v计算出满功率时变频电动机的理论转速，根据理论转速计算得出变频电动机的理论频 率，PLC就可以根据得到的理论频率对变频器发出变频指令，使变频器输出相应的实际频率 和实际电压，最终实现变频电动机的实际转速的调节。

其中，最大运行速度v通过以下公式进行：

P=ΔF·v=|F₁-F₂|·v；     ①

式中，P为变频电动机的功率，△F为第一变幅绳40和第二变幅绳70的合力，F₁为第一 变幅绳40的张力，F₂为第二变幅绳70的张力，v为当前起重重量下变幅小车60所允许的最 大运行速度。

变频电动机的频率通过以下公式进行：

$n=\frac{60f(1-s)}{p};$     ②

式中，n为变频电动机的理论转速，f为变频电动机的理论频率，s为转差率，p为变频电 动机的磁极对数。

式①中的v与式②中的n之间存在数学关系，通过得到v可以得出n，进而得出f，其中 的数学关系为常规公式，在此不予赘述。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、随载随速，调速范围大以及平滑的加减速性能，减少变幅动作对塔式起重机的冲击， 提高了塔式起重机运转的平稳性；

2、变频电动机满功率使用，提高了变频电动机的负载率；

3、实现变幅机构重载低速、轻载高速的满功率调速，提高了塔式起重机工作效率和降低 运行成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。