CN101535169A - 具有扩展负载范围的提升装置 - Google Patents

Abstract

一种提升装置或吊车可以至少两个不同最大负载运行。在每种情况下可被提升的该最大负载与提升速度相关联以防止动态产生的峰值负载超过吊车或提升装置的部件的预定允许负载极限值。

Description

具有扩展负载范围的提升装置

背景技术

对提升装置和吊车的尺寸进行选择使得在各自部件上存在的力处于安全范围内，也就是很可能排除故障。

从这方面看，静态力和动态力之间有区别。静态力是当负载或者以静止方式悬挂在负载接收装置上时或者以连续速度移动时发生的力。动态力在负载接收装置移动负载的速度或多或少突然变化时发生。最快的变化发生在当提升负载离开支撑件时，或甚至更危急地在负载的移动由于紧急情况需要突然停止时。在这种情况下，需要从瞬时和从最大速度(如果可行)停止负载。这造成了巨大的力峰值。

发明内容

基于这些情况，本发明旨在开发一种新的提升装置，所述提升装置运用了取决于速度的动态力的知识。

该新的提升装置(如果可行)也可形成吊车的一部分，因此该发明的吊车运用了一个事实，即高于那些在正常速度下允许的负载的负载并不由于在较低提升速度时的振动而引起过载。例如，在以正常速度和爬行速度(crawling speed)这两个不同速度运行的提升机构中，只要确保仅能起动爬行速度，提升更高的负载就是可能的。这是能实现的，因为相应的控制装置自动地设置相应的限制或因为通过外部操控来阻止较快速度以起动另一个负载极限值。

该新的提升装置以齿轮马达为特定特征，所述齿轮马达可以至少两个不同的速度运行。两个速度中的一个为较慢速度而另一个速度为较快速度。

线性负载接收装置借助于驱动装置连接到齿轮马达，待移动的负载悬挂在该线性负载接收装置上。

此外，提供了设计用于确定悬挂在负载接收装置上的负载的重量的负载传感器。这种类型的负载传感器从例如DE 196 45 812 C1可知。

齿轮马达连接到控制电路，负载传感器也连接到控制电路。借助于控制单元控制齿轮马达的提升速度。控制单元设计使得如果负载的被确定的重量超过预定极限值，则控制单元把齿轮马达的提升速度限制为较慢提升速度。

随后，借助于另一个极限值可确定是否应当提升负载或者继续阻止提升运动。

根据本发明，使用至少一个极限值，所述极限值确定是否能在较快的速度下实现提升操作。

在最简单的实例中，这意味着为具有两个提升速度的提升装置提供两个负载极限值。下限值限定该提升装置是否可从较慢速度变化到较快速度。上极限值决定是否发生提升操作。

只要吊钩上的负载具有与下限值相比更轻的重量，就可确保表示安全风险的动态力不会在提升装置中发生，甚至在紧急停止期间也是如此。因此，起动较快提升速度。

当超过该下限值时，无静态过载发生。然而，并不确保在紧急停止期间动态力保持在安全容许范围内。这就是为什么在超过该极限值时只能起动或使用较慢提升速度的原因。

仅在下述情况下阻止提升负载的能力：如果负载传感器确定负载具有这样的重量，在该重量时在提升装置或吊车支撑结构的独立部件安全范围之外的动态力也可能在紧急停止的情况下在较慢速度时发生，或确定静态负载过高。

前述关于冲击引起振动的问题不仅在制动期间发生，而且也在例如变极马达从一个提升速度变化到另一个提升速度时发生，例如当提升负载离开支撑件时。

因此，该新的提升装置使得根据提升速度提升或重或轻的负载成为可能。特别地，提升比提升装置在主提升速度时额定的名义重量更大的负载也是可能的。

提升装置可与吊车支撑结构形成吊车的一部分，其中起动和阻止各自提升速度的负载极限值基于最敏感部件限定，例如，吊车支撑结构或链条。

吊车可包括桥式吊车，其中提升装置容纳在滚轮移动式绞车(trolley traveling winch)内。在这种情况下，在滚轮移动式绞车在中间停止时，对振动最敏感的一个部件是吊车桥架。

提升装置可包括链动滑轮(chain block)或滑车，但使用以带式输送机形式的提升装置也是可能的。

齿轮马达可以异步马达用作实际驱动装置为特征。该异步马达可以变极方式实现，使得能实现至少两个速度。

齿轮马达可与变频器一起运行，其中变频器可设想地形成控制装置的一部分或独立实现。借助于变频器可实现连续范围的不同提升速度。

也可想象到利用这种供电单元连同异步马达，所述供电单元仅允许预定数量的离散提升速度，例如三个提升速度。

根据提升装置的设计，线性负载接收装置可包括缆索、链条或带。

因此，驱动装置可包括缆索卷筒，缆索缠绕在缆索卷筒上。然而，驱动装置也可包括链轮，链条围绕链轮旋转且通过链轮主动驱动该链条。在带式输送机的情况下，驱动装置包括带卷筒。

控制单元也仅允许两个不同的速度或提升速度的连续区间。

控制单元可仅包括经典控制垫，所述经典控制垫包括手动按钮。控制单元的阻止装置(blocking device)可以作用于该控制垫上，使得仅分配给较慢提升速度的极限值是有效的，其中较快速度被阻止装置电动地或机械地阻止。

该极限值能限定成使得在紧急制动操纵期间或当变化成一个较快或较慢的速度阶段时发生的负载峰值保持低于提升装置或其部件或吊车支撑结构的允许最大负载，该极限值允许比它高的较快提升速度。

也可提供与提升速度连续区间并列的的极限值连续区间。

然而，如果提供了多个离散极限值，则可获得简单的比率。在最简单的实例中，该数量为2。

在其他方面，本发明的其他改进形成从属权利要求的对象。

附图说明

下面对附图的描述仅关注本发明的实质方面。应该清楚的是可作多种变型。通常地，本领域技术人员能收集附图未描述的但在在这方面对说明书进行补充的不太重要的细节。

不必按真实比例对附图进行描述。某些区域可非常大地图示出以便阐明实质的细节。电路元件也以功能性开关部件的形式放大图示。

图1示出了表示桥式吊车的示意透视图；

图2示出了表示链动滑轮的示意透视图；

图3示出了表示滑车的示意透视图；

图4示出了在其中阐明发生负载波动的负载图；

图5示出了本发明的设置的基本电路图；

图6示出了根据图4的控制过程的流程图。

具体实施方式

图1示出了表示具有桥式吊车横梁2的桥式吊车1的简化透视图，所述桥式吊车横梁2可横向于其纵向方向移动。根据此图，桥式吊车横梁2包括具有横档3以及上部凸缘4和下部凸缘5的I形轮廓。具有可旋转地支撑于其上的四个滚子7的滚轮移动式绞车6可沿着下部凸缘5移动。在此图中仅可见两个滚子7。

以链动滑轮形式实现的提升装置8安装在滚轮移动式绞车6上。链动滑轮8包括以链条9形式的负载接收装置，吊钩11固定在链条9的自由端。负载12可借助于吊钩11悬挂在链动滑轮8上。

图2示出了表示链动滑轮8的放大图。它包括驱动齿轮箱14的输入侧的驱动马达13。未示出的常规设计的链轮设置在齿轮箱14的输出轴上。链轮在链轮壳体15内旋转，所述链轮壳体15借助于悬挂带16固定在滚轮移动式绞车6上。

马达13和减速齿轮14一起形成齿轮马达。驱动马达13可包括异步马达，例如具有两个不同提升速度的变极异步马达。

在远离齿轮箱14的侧面上设置用于容纳用于控制链动滑轮8所需要的电动机械和电子部件的控制箱16。缆索17从控制箱悬挂，控制垫18固定在缆索17上。控制垫18用于手动控制链动滑轮8并包括按钮19，所述按钮19使得控制负载12的提升速度和移动方向成为可能。例如，通过按压顶部按钮19直到到达挡块为止来起动精确提升速度，即在向上方向。当按压该按钮经过可察觉的挡块时，提升速度从该精确提升速度变化到主提升速度，所述主提升速度比该精确提升速度快至少2倍，例如6倍。

提升装置8通过释放顶部按钮19而停止。

类似地，用下部按钮19以同样的方式控制相反的移动方向。

代替配置具有链动滑轮8的桥式吊车1，固定滑车21于滚轮移动式绞车6上是可能的。滑车21包括框架22，在其上可旋转地支撑缆索卷筒23。缆索卷筒23由齿轮马达24驱动。在这种情况下也在远离齿轮马达24的侧面上设置控制箱16，控制箱16经由控制缆索17连接到前述的控制垫18。

示出的滑车21包括所谓的双股设计，在该设计中可缠绕在缆索卷筒3[sic；23]上的缆索25围绕以线性负载接收装置的形式的紧线滑轮26延伸并形成邻近于缆索卷筒23刚性地锚固于框架22上的第二股27。

滑车21可以同样用作链动滑轮8的方式运行。

在不讨论个别类型提升装置的其它细节(例如，制动器的类型和其它安全措施)的情况下理解本发明是可能的。

基于前述的解释，本领域技术人员容易地确定，一方面包括负载12和另一方面包括提升装置或吊车的功能性单元形成可由负载的冲击运动而引发振动的振动结构。这种振动包括例如以链条9或缆索25形式的线性负载接收装置的纵向振动、在滑车21框架22上的弹性形变、在齿轮箱自身内的扭转振动或在吊车支撑结构(在该示例中为桥式横梁2)内的弯曲振动，其中引用的元件仅表示对振动造成显著影响的最明显元件。该振动使得负载12竖直上下移动，其中负载在向上运动期间减少而负载在向下运动期间增加。

该振动在单独部件产生力峰值，所述力峰值比当负载12以无振动方式悬挂时发生在这些部件上的力显著地更大。

本领域技术人员将选择提升装置和/或吊车部件的尺寸，使得由于负载12向上和向下运动引起的动态应力不超过某临界极限值。

这些情况在图4示意性地描述。该临界负载极限值在坐标系中以直线29的形式描述。在该坐标系中，发生在吊钩11上的竖直力沿着纵坐标绘制，而时间t沿着横坐标绘制。变化的力以线条30的形式描述。

假定用户在时间t₀启动负载12的提升运动。由于负载接收装置最初是松弛的，该力仅慢慢地增加直到时间t₁。随后，该力沿着直线增加，所述直线的斜率取决于系统的弹性和被选择的提升速度。假定用户以主提升速度v_H立即提升负载12。在时间t₂，缆索的拉力与负载12的重量相对应。自此以后负载12需要被加速到缆索速度。这意味着加速力被增加到负载的重量。由于加速力缆索25被额外拉紧。该突然发生的加速过程和缆索的伸长相叠加使得如果该情形以数学上的确切项观测则产生非常复杂的行为。理解本发明并不需要相应过程的这种精确分析和描述。

在某种程度的简化项中，假定负载12的提升发生在时间t₂和t₃之间。加速过程在时间t₃结束。

加速力与负载12的加速度成比例地减少，因为该突然加速的负载12获得动量。在t₃，负载的速度开始变得比缆索速度更大，使得力曲线在时间t₃开始反向。力F的顶峰高于平均值，所述平均值与静态或稳定状态相对应并以直线31的形式描述。这表明随着时间变化，慢慢地衰减的振动开始。该频率与系统的固有谐振相对应。第一个最小值发生在t₄。

由于振动系统因摩擦而被阻尼，所引发的振动的振幅将作为时间的函数指数地衰减。

设置在提升装置中的设计和测量装置确保第一和最大的力最大值不超过允许的结构稳定性极限值29。

如果用户以精确提升速度v_F代替主提升速度v_H提升负载12，力曲线将与图4中更平缓的曲线相对应，也就是根据F＝f(v_F)。如果具有同样重量的负载悬挂到吊钩上，期望的振动并不显著，但是平均值与在前述实施例中以虚线31表示的相同。

振幅的最大值明显低于主提升速度的负载曲线30的最大值。本发明利用这个现象，其中起动提升装置或吊车的精确提升速度，以便提升重量比在主提升速度v_H时要提升的允许最大负载更大的负载。这导致如图4描述的力曲线。该力此时跟随曲线32F＝F(v_F)，其中第一最大值发生在t₈。第一最小值发生在t₉，下一个最大值发生在t₁₀，另一个最小值发生在t₁₁，等等。

由于引发的振动的振幅更小，将由虚线33表示的平均值移动成更靠近负载极限值29是可能的。较大的平均值33意味着较大的负载12重量。

如果负载具有较小的重量，则调整振动频率，在其它相同设计中，该振动频率比由于在主提升速度时用允许最大重量给系统施加应力引起的振动频率更低。

在精确提升速度下振动振幅更小的原因在于更小的动能，所述动能由于在急动分离运动期间突然的速度变化引起。

可使用根据图5的控制电路以便避免运行错误。控制垫18连接到位于控制箱16内的中心控制器34。供电连接器35从控制垫延伸到异步马达13，所述异步马达在所示实施例中包括变极马达。相差2倍的两个旋转速度或提升速度可借助于变极马达实现。

此外，中心控制器34连接到用于测量吊钩负载的力传感器36。力传感器36旨在防止提升装置的过载。这种传感器的设计从本领域现有技术公知。由于具体的设计并不重要，在这方面集中于功能的简单解释就足够了。

除了迄今为止的经典设计，键式开关37连接到控制器35。键式开关37用于选择极限值P_G1或P_G2是否应当用作极限值，在该极限值根本不应当启动提升运动。键式开关37同时限定两个按钮19中一个的相应起动是否导致从精确提升速度变化到主提升速度。

该装置的功能描述如下：

当键式开关37在正常位置时，用户可起动精确提升速度，也可起动主提升速度，例如，所述主提升速度是精确提升速度的6倍。在控制器中限定的极限值P_G1在两种情况下都适用，也就是马达13在如果传感器36产生吊钩负载超过极限值P_G1的信号时停止。极限值P_G1对应于平均值31加上对预期振动的可能的校正。如果超过该极限值，驱动器停止，而与按钮19的致动无关。

因此在该运行位置，用户可以高或低的速度移动负载12。

用户需要移动更重的负载的情况可偶尔发生。根据前述的解释，必须考虑到在速度变化到主提升速度时这种重负载引发冲击，其中该冲击能导致超过根据图4的极限值29的该动态力峰值。当这种负载需要被提升时，键式开关37由用户或被授权人员变换。这有两个影响，也就是新极限值P_G2的起动和主提升速度的阻止。马达13上的控制器仅接通具有更多的极数的绕组，以确保较慢旋转速度维持接通，而与用户按压按钮19多深无关。尽管吊钩负载更大，发生的力峰值比值29更低。这允许用户准“过载提升装置”，其中在文中术语“过载”是指在高于正常名义负载的过载，但是不超过极限值29。

可用辅助计数器计算这种事件以确保及时的维护程序，因为更大的应力使得提升装置比在正常工作模式“老化”更快。

在动态情形和功能性序列的前述描述中，假定冲击在悬挂的负载从静止开始移动时发生。然而，这种冲击也可在如果所悬挂的负载的提升速度由于紧急情况减少到零时发生。这种振动也可例如在主提升速度突然减少到精确提升速度时引发。这导致在马达内的电减速，所述电减速又一次导致引发系统振动的可怕冲击。

本发明的前述描述基于具有两个离散速度的提升装置。然而，本发明不局限于这种应用。相反，使用驱动系统也是可能的。在所述驱动系统中异步马达13由在图5中点划线示出的逆变器38控制。在这种情况下，也可规定如果允许更大的吊钩负载则不能超过某提升速度。在逆变器驱动中，关于紧急停止的该限制比从静止开始启动更为重要。在从静止开始启动期间，逆变器可提供避免冲击的速度曲线。然而，在紧急停止期间的冲击是不可避免的。

在另一个可想到的变型中，不设置键式开关37且提升装置最初总是从爬行速度启动，而与按钮19的起动无关。如果确定吊钩负载不超过极限值P_G1，控制器根据需要自动地变换到主提升速度。然而，如果控制装置34借助于力传感器36确定吊钩负载可能导起动态过载，这种变换被阻止且提升速度仍为精确提升速度。

也可设想使用连续区间而不是独立离散极限值，其中各自极限值是提升速度的函数。这种类型的应用可由逆变器驱动实现。图6示出了用于这种目的所需要的仅仅示意性流程图。

该程序在40开始且在41询问是否发出从静止提升或降低的指令。如果无指令发出，程序退回到开始点40。否则，程序继续到询问块43，在这里缆索上的力与取决于当前提升速度的极限值进行比较。如果没有超过该极限值，程序继续到指令块44，在这里速度增加预定增量i。然而如果超过该值，程序返回到询问块41的开始之前。

为了排除过载，反馈包含询问块45，在这里核对吊钩负载是否高于可接受的吊钩负载P_MAX。如果情况属实，程序立即继续到指令块47并停止提升装置。

提升装置或吊车可运行于至少两个不同的最大负载。在每种情况下能提升的最大负载与提升速度相关联以防止动态产生的峰值负载超过吊车或提升装置的部件的预定允许负载极限值。

Claims (23)

1.一种提升装置(8，21)，

具有齿轮马达(13，14，22，24)，所述齿轮马达运行于至少两个不同的速度，也就是较快提升速度和较慢提升速度，

具有线性负载接收装置(9，25)，所述线性负载接收装置借助于驱动装置(23)连接到齿轮马达(13，14，22，24)，

具有负载传感器(36)，所述负载传感器设计为用于确定悬挂在负载接收装置(9，25)上的负载(12)的重量，和

具有电控制单元(34)，所述电控制单元连接到负载传感器(36)和齿轮马达(13，14，22，24)，并使得控制齿轮马达(13，14，22，24)的提升速度成为可能，

其中在负载(12)的重量超过预定值时控制单元(34)将提升速度限制为较慢提升速度。

2.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，提升装置(8，21)与吊车支撑结构(2)一起形成吊车(1)。

3.根据权利要求2所述的提升装置，其特征在于，吊车(1)包括桥式吊车，且提升装置(8，21)容纳在滚轮移动式绞车(6)内。

4.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，提升装置(8，21)包括链动滑轮或滑车。

5.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，齿轮马达(13，14，22，24)以异步马达(13，24)为特征。

6.根据权利要求5所述的提升装置，其特征在于，异步马达是变极异步马达。

7.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，变频器(38)被分配给齿轮马达(13，14，22，24)以控制齿轮马达(13，14，22，24)的提升速度。

8.根据权利要求7所述的提升装置，其特征在于，变频器(38)使得在下限值和上限值之间的任意提升速度的连续区间进行调整成为可能。

9.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，能够仅选择预定数量的离散提升速度。

10.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述线性负载接收装置(9，25)包括缆索。

11.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述线性负载接收装置(9，25)包括链条。

12.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述驱动装置(23)包括缆索卷筒。

13.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述驱动装置包括链轮。

14.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述控制单元(34)包括逆变器(38)。

15.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，所述控制单元(34)仅使得选择两个不同速度成为可能。

16.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，控制单元(34)以用于快提升速度的手动按钮(19)和用于慢提升速度的手动按钮(19)为特征，也就是用于负载接收装置(9，25)的每个移动方向。

17.根据权利要求16所述的提升装置，其特征在于，机械或电动阻止装置(37)分配给用于快提升速度的按钮(19)。

18.根据权利要求17所述的提升装置，其特征在于，阻止装置(37)作用于控制单元(34)，使得仅分配给较慢提升速度的极限值有效。

19.根据权利要求18所述的提升装置，其特征在于，选择极限值使得由在紧急情况用于各自负载极限值的允许提升速度产生的负载保持低于提升装置、其部件和/或吊车支撑结构的允许最大负载。

20.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，提供与提升速度相关联的极限值的连续区间。

21.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，仅提供多个数量的离散极限值。

22.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，该数量至少为2。

23.根据权利要求1所述的提升装置，其特征在于，控制单元(34)包括用于计算事件数量的计数器，在该事件期间使用提升装置(8，21)来提升更高的负载。

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