CN102295236B - 双门机抬吊装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种双门机抬吊装置，包括两台门机，两台门机沿同一水平轨道行走。每台门机包括门架；行走机构；圆筒；上部结构；旋转机构；起升机构和变幅机构。行走机构设有采集所述门机行走位置信息的第一旋转编码器；起升机构设有采集起升高度信息的第二旋转编码器；旋转机构设有采集上部结构相对圆筒旋转角度信息的第三旋转编码器；变幅机构设有采集连杆机构的幅度信息的第四旋转编码器。双门机抬吊装置还包括同步控制系统，同步控制系统中存储有预定抬吊点位置信息，通过各个旋转编码器获得该台门机抬吊点的位置信息，并将位置信息与预存的抬吊点信息相比较，控制两台门机的抬吊点位置，其中任一台门机为主机，另一台为从机，使两台门机协同动作。

Description

双门机抬吊装置

技术领域

本发明涉及码头一种双门机抬吊装置。

背景技术

门座式起重机，简称门机，是件杂货码头的常用装卸设备。但是目前普遍存在超大、超重、价值贵的大件设备用单台门机无法安全起吊的装卸难题。若租用浮吊，一是增加了货物的装卸费用，易造成货源流失，二是因浮吊有限，需要提前申请，难以预控装卸大件设备的时间；若添置大吨位门机，一是费用高，成本回收期较长，二是码头设计荷载能力有限，对增加大吨位门机有很大限制。

因此，现在装卸大件设备通常采用两台门机进行装卸。在指挥手的指挥下，两台门机司机通过紧密配合的抬吊作业来完成。这种“人工控制、双机抬吊”的装卸作业模式存在以下问题：

1、根据大件设备外形尺寸、自重量等情况，完全依赖人为判定大件设备是否具备双机抬吊的条件，潜在超载风险；

2、在抬吊作业过程中，仅依靠两门机司机在指挥手的指挥下完成同步升降或变幅等动作，极易发生操作偏差而造成两台门机受力不平衡的安全问题，从而引发安全事故；

3、在抬吊作业过程中，其中一台门机若发生故障相应保护动作时，另一台门机的保护不会动作，显然也会造成双机运行不同步的问题，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种双门机抬吊装置，能够协同运行两台门机，避免人工指挥造成操作偏差的问题。

为此，本发明提供一种双门机抬吊装置，包括两台门机，两台门机沿同一水平轨道行走，每台门机包括：门架；安装在门架底部使整个门机沿水平轨道行走的行走机构；安装在门架上方的圆筒；位于圆筒顶部可相对于圆筒转动的上部结构；使得所述上部结构可相对圆筒旋转的旋转机构，所述旋转机构具有旋转中心；安装在上部结构中的起升机构和变幅机构，其中起升机构包括带有吊钩的吊索和起升电机及卷筒，起升电机用于改变吊索的长度，达到控制货物升降的目的；变幅机构包括连杆机构和变幅电机，变幅电机用于改变连杆机构的幅度来调节吊索的吊钩与门机旋转中心的距离，其特征在于：

所述行走机构设有采集所述门机沿水平轨道行走位置信息的第一旋转编码器；所述起升机构设有采集所述起升高度信息的第二旋转编码器；所述旋转机构设有采集所述上部结构相对所述圆筒旋转角度信息的第三旋转编码器；所述变幅机构设有采集所述连杆机构的幅度信息的第四旋转编码器；并且所述双门机抬吊装置还包括同步控制系统，抬吊过程中，任何一方设备出现故障或出现保护动作（例如到达极限位置触发高度限制器）时，抬吊程序中止，两台门机停止运行；所述同步控制系统中存储有预定抬吊点位置信息，通过各台门机上各个旋转编码器采集的信息获得该台门机抬吊点的实时位置信息，并将所述实时位置信息与预存的抬吊点位置信息相比较，来控制两台门机的抬吊点位置，其中任一台门机设置为主机，另一台设置为从机，从机根据主机的命令进行控制操作，从而使两台门机协同动作。

较佳地，所述第一旋转编码器共轴安装在所述行走机构的一个车轮或自由轮上。

较佳地，所述吊索卷绕在由起升电机驱动的卷筒上，所述第二旋转编码器共轴安装在卷筒轴承座上。

较佳地，所述卷筒轴承座还共轴安装有起升高度限制器。

较佳地，所述旋转机构包括设于所述圆筒顶部的大齿轮，以及设于所述上部结构的底部、与大齿轮啮合的一对旋转小齿轮，所述第三旋转编码器与其中一个小齿轮共轴安装。

在另一个替代方案中，所述旋转机构包括设于所述圆筒顶部的大齿轮，以及设于所述上部结构的底部、与大齿轮啮合的一对旋转小齿轮，其中一个旋转小齿轮还带有一个与之啮合的从动齿轮，所述第三旋转编码器与所述从动齿轮共轴安装，所述上部结构底部的锚定装置处设置一对电磁感应开关，用于校对所述第三旋转编码器的零度角位置。

较佳地，所述连杆机构包括齿条，所述变幅电机驱动与该齿条啮合的变幅小齿轮，所述第四旋转编码器与所述变幅小齿轮共轴安装。

较佳地，所述变幅小齿轮还共轴安装有变幅限制器。

较佳地，各门机上安装有激光测距仪，用于测量两门机之间的水平距离。

较佳地，所述同步控制系统包括安装在各门机上部结构的司机室中的工控机和通信装置，所述工控机用于处理信息数据，所述通信装置用于进行数据交换。

本发明的门机抬吊装置具有以下几个优点：

1．可以实时检测抬吊位置信息，并同步控制两台门机设备运行，实现抬吊的安全和高效，保证起吊过程中物体平稳，两门机受力一致，避免机损和人员伤亡事故。

2. 结构简单，只需在现有的门机结构上增设旋转编码器以及装设控制系统，可以利用现有的门机，而不必重新设计门机，节省成本。

3. 抬吊过程中，任何一方设备出现故障或出现保护动作（例如到达极限位置触发高度限制器）时，抬吊程序中止，两台门机停止运行，提高了抬吊安全系数。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1 是本发明的双门机抬吊装置的示意图。

图2 是本发明其中一台门机的示意图。

图3 是本发明的门机中行走机构安装旋转编码器的侧剖视图。

图4 是本发明的门机中行走机构安装旋转编码器的主视图。

图5 是本发明的门机中起升机构安装旋转编码器的侧视图。

图6 是本发明的门机中旋转机构安装旋转编码器的仰视图。

图7 是图6中沿A-A向的剖视图。

图8 是本发明的门机中变幅机构安装旋转编码器的示意图。

具体实施方式

以下根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明为一种双门机抬吊装置，包括两台相向的门机，两台门机沿同一水平轨道行走。为清楚起见，图2示出了其中一台门机的构造，另一台门机的结构与之完全相同。

在一实施例中，该门机型号为MQ4033，相应的门机最大起重量为40t，对应的幅度为≦24m，最大变幅幅度为33m，对应的起重量为≦29t。上述参数仅为举例，本发明并不限于此。

参看图2，每台门机包括门架17。行走机构1安装在门架17的底部使整个门机沿水平轨道行走。行走机构1包括多个可沿水平轨道行进的车轮11（如图3所示）。门架上方设有圆筒16。上部结构18位于圆筒16的顶部，并可相对于圆筒16转动。

上部结构18包括旋转机构3使得所述上部结构18可相对圆筒16旋转。具体地说，圆筒16的顶部设有大齿轮31，上部结构18的底部设置与大齿轮31啮合的一对旋转小齿轮32。较佳地，这对小齿轮32沿大齿轮31的直径方向设置在其相对侧。旋转小齿轮31由旋转电机（未标号）驱动进行旋转。因大齿轮31固定在圆筒16上，旋转小齿轮31固定在上部结构18上，随着旋转小齿轮31的转动，令上部结构18可相对圆筒16旋转。

起升机构2和变幅机构4安装在上部结构中。起升机构2包括吊索20和起升电机（未标出）及卷筒24，起升电机用于改变吊索20的长度。吊索20卷绕在由起升电机驱动的卷筒24上。随着起升电机的驱动，卷筒24旋转可收放吊索20来改变其长度，从而改变起吊的高度。

变幅机构4包括连杆机构42和变幅电机40，吊索20穿过连杆机构42下垂，并连接一吊钩5。如图2所示，连杆机构42包括齿条41，变幅电机驱动与该齿条啮合的变幅小齿轮45，拉动齿条41使连杆机构42动作，从而改变连杆机构42的幅度来调节吊钩5与旋转机构的旋转中心的距离。

根据本发明，为了让两台门机协同动作，需要采集每台门机抬吊点的实时位置信息。

参看图3－图8，行走机构1设有采集所述门机沿水平轨道行走位置信息的第一旋转编码器12；起升机构2设有采集所述起升高度信息的第二旋转编码器23；旋转机构3设有采集所述上部结构相对所述圆筒旋转角度信息的第三旋转编码器34；变幅机构4设有采集所述连杆机构的幅度信息的第四旋转编码器44。

此外，所述双门机抬吊装置还包括同步控制系统，所述同步控制系统中存储有预定抬吊点位置信息。所述同步控制系统通过每台门机上的各个旋转编码器12、23、34、44采集的信息获得该台门机抬吊点的实时位置信息，并将所述实时位置信息与预存的抬吊点位置信息相比较，控制两台门机的抬吊点位置，使两台门机的抬吊点协同动作。

如图3－4所示，第一旋转编码器12共轴安装在所述行走机构1的其中一个车轮或一个并不实际行走的自由轮11上。这样，当行走机构1沿轨道行进时，自由轮11旋转，第一旋转编码器12采集到自由轮11的旋转数据，即可以获得行走机构1的行走位置信息。

如图5所示，第二旋转编码器23安装在卷筒的轴承座21上与卷筒共轴。当卷筒收放吊索20时，第二旋转编码器23可采集到卷筒的旋转数据，即可获得吊索的收放长度，也即为起升机构2的起升高度信息。

在一实施例中，所述卷筒的轴承座21上还安装有起升高度限制器22，也与卷筒共轴，用来限制吊索的收放长度，避免起升过高造成的冲顶事故。

如图6－7所示，所述这对旋转小齿轮32其中之一带有一个与之啮合的从动齿轮33，第三旋转编码器34与所述从动齿轮33共轴安装。当旋转小齿轮32绕着大齿轮31旋转时，从动齿轮33也相对于该旋转小齿轮32旋转，第三旋转编码器34可采集到该从动齿轮33的旋转数据，进而获得上部结构18相对于圆筒16的旋转角度信息。所述上部结构底部包括锚定装置，所述锚定装置设有一对磁感应开关（未示出），用于校对所述第三旋转编码器的零度角位置。

在另一实施例中，所述第三旋转编码器34也可以直接与旋转小齿轮32共轴安装，不需要从动齿轮33。

参考图8，第四旋转编码器44与所述变幅小齿轮45共轴安装。当变幅电机40驱动变幅小齿轮45，并进而拉动齿条41时，变幅小齿轮45的旋转信息被第四旋转编码器44采集到，进而获得了所述连杆机构42的幅度信息。

在一实施例中，所述变幅小齿轮45还共轴安装有变幅限制器43，以控制连杆机构的增幅和减幅的极限位置。

此外，各门机上还可安装有激光测距仪6，用于实时测量两门机之间的水平距离，获得其相对的水平位置。在一实施例中，该激光测距仪6可以安装在各门架17的平台15上。

通过上述的四个旋转编码器，门机各个运动部分的信息能被实时获得，并传输到同步控制系统中。通过激光测距仪6，可进一步测得两台门机之间的水平距离。通过这些信息，同步控制系统将其与预存信息相比较，可以给出相应的指令，使上述行走机构1、起升机构2、旋转机构3和变幅机构4进行适当的动作，让两台门机协同一致地进行抬吊工作。上述预存信息可以根据所要抬吊的货物的重量、尺寸等，通过计算机自动生成，并输入到控制系统中。

在本实施例中，该同步控制系统包括安装在各门机上部结构18的司机室7内的工控机70和通信装置71。两个门机中的工控机70通过通信装置71进行通信。该通信装置71可以是无线通信装置或有线通信装置，本发明不作限制。

在本实施方式中，将两台工控机70的其中一台设置为主控机，另一台设为从属机，从属机根据主控机的命令进行控制操作，避免两者的指令冲突，达到使两台门机协同动作的要求。

抬吊过程中，任何一方设备出现故障或出现保护动作（例如到达极限位置触发高度限制器）时，抬吊程序中止，两台门机停止运行。司机室还设有起重力矩限制器（未显示），其通过重量传感器实时检测起重量，并通过工控机70的显示屏显示，起重量小于设定的额定负载时机构正常运行，等于设定值时自动报警，达到设定值的1.1倍及以上时，安全装置动作，货物只能下降不能起升，只能减幅不能增幅，旋转、行走机构不能动作。

在本发明的一个实施例中，以上所述的起升机构、变幅机构、旋转机构、行走机构和各编码器，及起重力矩限制器通过RS485总线组成现成总线系统，并基于Profibus通信协议实现与PLC之间的通信，且PLC、无线通信设备71通过以太网与工控机70进行通信，该无线通信设备实现两门机之间的控制指令传输与数据交换, Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，其可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

本发明通过安装在门机起升、旋转、变幅和行走各个机构的编码器，传感器和安装在两车间的激光测距仪，检测两机各自的运行动态和相对位置。分析门机工况特点的，找出各机构运动轨迹，建立数学模型，为吊点的匀速直线控制提供计算依据。通过一体化工控机软件编程计算，根据计算结果来控制设备运行实现抬吊的安全和高效。通过基于Profibus总线通信系统的无线通信和PLC远程通信系统，实现两机间的数据交换和联动控制。最终两机在抬吊作业中实现实时检测、同步起升、实时纠偏，使货物的吊送轨迹最优化，判断抬吊动作的可行性，杜绝误操作和违规操作，确保作业过程的安全。

以下说明实际抬吊实施方式的具体操作步骤。

卸船模式

1、门机试吊

用户测得数据：左吊点到左端头的距离、右吊点到右端头的距离、货物宽度、货物吊点间距吊点到货物底部距离（如果钩头能到达货物底部设定初始值就不需测量）

1） 在已知货物总重量后，预测预吊点重量。将总重G（t）和左右吊点重量G（左）、G（右）输入系统后按下“重量输入按钮”之后对应重量将变幅调整到门机载荷范围之内，将两门机移至各自吊点附近，吊钩对准吊点。（此时幅度超出时将报警）

2） 按下“角度设定按钮”，系统根据现有幅度及检测出行走机构之间的距离可算出当前门机旋转角度是否在范围内。

3） 将钩头放置货物底部后按下“货物起始位置设定”，在挂钩将吊绳刚刚张紧时，按下“吊钩初始位置设定”，此时系统能计算出抬吊的高度范围。

4） 此时，准备抬吊。若两门机不在对称位置，则系统提示需调整。两门机配合将物料吊起离开原支持面500mm左右，选择“开始调整”两门机调整至对称位置。此时，通过重力传感器显示实际重量，若该实际重量超过对应幅度下允许负荷值，则终止抬吊。

2、门机抬吊

1） 起升模式，操作起升手柄，将货物起升到需要的高度。受最小高度和最大高度限制（系统会计算出起升高度的范围）

2） 变幅旋转模式，操作旋转手柄，此时旋转和变幅配合动作，并由系统实时监控，到达所需位置。期间若系统检测不能继续时，则提示需调整位置，改为旋转和大车联动，直到所需抬吊位置。

装船模式

1、门机试吊

用户测得数据：左吊点到左端头的距离、右吊点到右端头的距离、吊点到货物底部距离（如果钩头能到达货物底部设定初始值就不需测量）

1）将两门机移至货物旁，进行初始幅度设定（幅度满足起重量）。系统会计算当前幅度是否满足。不满足时系统会提示。旋转角度应平行于轨道。将钩头放置货物底部后按下“货物起始位置设定”再挂钩将吊绳刚刚张紧时，按下“吊钩初始位置设定”，此时系统能计算出抬吊的高度范围。以上为抬吊前初始值设定。

2）两门机配合将物料吊起离开原支持面500mm左右，若重量在幅度范围之内则可以进行抬吊。

2、门机抬吊

1）、起升模式，操作起升手柄，将货物起升到需要的高度。受最小高度和最大高度限制（系统会计算出起升高度的范围）

2）、通过旋转和大车联动将货物沿垂直轨道的方向运动，直至到极限角度。（此时角度在计算的角度范围之内）

3）、变幅和旋转联动，此时货物近似垂直于轨道方向运动直至所需位置，若到达极限幅度位置则停止运动。

4）、到达所需位置后，由人工操作将货物下放。

本实施例创造了在门机抬吊作业中“一人操作，两机联动”的新工作模式。实现了单机装卸和双机抬吊作业模式的转换，提高了抬吊作业的可操作性和装卸效率。基于Profibus总线通信技术和基于绝对值编码器的传感、检测技术，采用高精度的闭环控制系统，实现了抬吊过程中对门机各参数状态的实时监控。基于工业PC智能技术，将笛卡尔坐标系换算为门机运动轨迹模型，有效地解决了门机双机动作运动轨迹的检测与控制。创建了不规则大件安全起吊的自动测算系统，根据大件吊点，门机位置，吊臂幅度等参数，自动判断起吊可行性并形成最佳起吊步骤，提高双机抬吊作业的可靠性和安全性。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本发明，不能理解为是对本发明保护范围的限制；只要是根据本发明所揭示精神的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (10)

1.一种双门机抬吊装置，包括两台门机，两台门机沿同一水平轨道行走，每台门机包括：

门架（17）；

安装在门架底部使整个门机沿水平轨道行走的行走机构（1）；

安装在门架上方的圆筒（16）；

位于圆筒顶部可相对于圆筒转动的上部结构（18）；

使得所述上部结构可相对圆筒旋转的旋转机构（3），所述旋转机构具有旋转中心；

安装在上部结构中的起升机构（2）和变幅机构（4），其中起升机构（2）包括带有吊钩的吊索（20）、起升电机及卷筒（24），起升电机用于改变吊索的长度以控制货物的升降；变幅机构包括连杆机构（42）和变幅电机（40），变幅电机用于改变连杆机构的幅度来调节吊钩与所述旋转中心的距离，

其特征在于：

所述行走机构（1）设有采集所述门机沿水平轨道行走位置信息的第一旋转编码器（12）；

所述起升机构（2）设有采集起升高度信息的第二旋转编码器（23）；

所述旋转机构（3）设有采集所述上部结构相对所述圆筒旋转角度信息的第三旋转编码器（34）；

所述变幅机构（4）设有采集所述连杆机构的幅度信息的第四旋转编码器（44）；

并且

所述双门机抬吊装置还包括同步控制系统，所述同步控制系统中存储有预定抬吊点位置信息，通过各台门机上各个旋转编码器（12、23、34、44）采集的信息获得该台门机抬吊点的实时位置信息，并将所述实时位置信息与预定的抬吊点位置信息相比较，来控制两台门机的抬吊点位置，其中任一台门机设置为主机，另一台设置为从机，从机根据主机的命令进行控制操作，从而使两台门机协同动作，并在任何一台门机出现故障或出现保护动作时，令抬吊程序中止，同时让两台门机停止运行。

2.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述第一旋转编码器（12）共轴安装在所述行走机构（1）的一个车轮或自由轮（11）上。

3.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述吊索（20）卷绕在由起升电机驱动的卷筒（24）上，所述第二旋转编码器（23）共轴安装在卷筒轴承座（21）上。

4.如权利要求3所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述卷筒轴承座（21）还共轴安装有起升高度限制器（22）。

5.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述旋转机构包括设于所述圆筒顶部的大齿轮（31），以及设于所述上部结构的底部、与大齿轮啮合的一对旋转小齿轮（32），所述第三旋转编码器（34）与其中一个小齿轮共轴安装；

所述上部结构底部包括锚定装置，所述锚定装置设有一对磁感应开关，用于校对所述第三旋转编码器的零度角位置。

6.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述旋转机构包括设于所述圆筒顶部的大齿轮（31），以及设于所述上部结构的底部、与大齿轮啮合的一对旋转小齿轮（32），其中一个旋转小齿轮（32）还带有一个与之啮合的从动齿轮（33），所述第三旋转编码器（34）与所述从动齿轮（33）共轴安装。

7.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述连杆机构（42）包括齿条（41），所述变幅电机（40）驱动与该齿条（41）啮合的变幅小齿轮（45），所述第四旋转编码器（44）与所述变幅小齿轮共轴安装。

8.如权利要求7所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述变幅小齿轮（45）还共轴安装有变幅限制器（43）。

9.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：各门机上安装有激光测距仪（6），用于测量两门机之间的水平距离。

10.如权利要求1所述的双门机抬吊装置，其特征在于：所述同步控制系统包括安装在各门机上部结构的司机室（7）中的工控机（70）和通信装置（71），所述工控机用于处理信息数据，所述通信装置用于进行数据交换。

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