CN102530730A - 一种回转机构的控制系统及塔式起重机 - Google Patents

一种回转机构的控制系统及塔式起重机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回转机构的控制系统，包括：电动机；制动装置；控制设备，用于根据输入的回转机构启动信号输出第一启动调压控制信号和第二启动调压控制信号，及根据输入的回转机构调速信号输出额定工作电压控制信号和调速调压控制信号；第一调压设备，用于根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压，及根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压；第二调压设备，用于根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，及根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。本发明回转运行速度主要由第二调压设备来调节，调速更加平滑，控制方式简单，回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。

Description

一种回转机构的控制系统及塔式起重机
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种回转机构的控制系统及塔式起重机。
背景技术
塔式起重机(简称塔机)是建筑施工中一种重要的起重运输机械，塔机的三大工作机构(起升机构、回转机构和变幅机构)的调速性能直接影响到塔机的工作效率、安全性和可靠性。塔机的回转机构启动、制动频繁，回转时需要克服自重及吊重的惯性力矩，及风阻力矩、摩擦力矩和其他阻力矩，其中风阻力矩和惯性力矩占有较大的比例。随着塔机起重臂被设计的越来越长，塔机所受的惯性力矩和风阻力矩均相应的增加，这样极易导致塔机的操控不稳定。
现有塔机回转机构的控制系统通常包括：控制设备、调压设备、制动调节设备、制动装置和电动机。进行调速换挡(包括启动)控制时，控制设备根据输入的调速换挡信号向调压设备输出调压控制信号，调节调压设备对电动机的输出电压，从而调节电动机的输出转矩；与此同时，控制设备也根据输入的调速换挡信号向制动调节设备输出制动调节控制信号，调节制动调节设备的输出电压，从而调节制动装置的制动力矩；电动机的输出转矩与制动装置的制动力矩的矢量和即为回转机构的实际输出力矩，而实际输出力矩最终表现为回转机构的回转运行速度。
现有技术存在的缺陷在于，回转机构的控制系统在进行调速换挡控制时，需要由调压设备同时配合制动调节设备来调节回转机构的实际输出力矩，进而调节回转运行速度，由于施工工地电压的不稳定性和不确定性，调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协调。
发明内容
本发明提供了一种回转机构的控制系统及塔式起重机，用以解决现有技术中调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协调的技术问题。
本发明回转机构的控制系统，包括电动机、制动装置、控制设备、第一调压设备和第二调压设备，其中，
所述电动机，用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置，用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备，用于在回转机构启动时，根据输入的回转机构启动信号输出第一启动调压控制信号给第一调压设备，输出第二启动调压控制信号给第二调压设备；及在回转机构启动后，根据输入的回转机构调速信号输出额定工作电压控制信号给第一调压设备，输出调速调压控制信号给第二调压设备；
所述第一调压设备，用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压；及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压；
所述第二调压设备，用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，及根据所述调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。
本发明塔式起重机，包括前述技术方案中所述的回转机构的控制系统。
在本发明技术方案中，当启动回转机构时，第一调压设备根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压，同时第二调压设备根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，第一调压设备和第二调压设备配合调节回转机构的启动速度；而当对回转机构进行调速时，第一调压设备根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压，第二调压设备根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入电压，此时，第一调压设备对电动机输出恒定不变的额定工作电压，主要由第二调压设备来最终调节回转机构的回转运行速度，调速更加平滑，控制方式简单，回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。
附图说明
图1为现有回转机构的控制系统中电动机的转速与制动力矩之间的特性曲线图；
图2为本发明实施例回转机构的控制系统结构示意图；
图3为本发明实施例回转机构的控制系统中电动机的转速与制动力矩之间的特性曲线图；
图4为本发明实施例回转机构的控制系统在回转机构启动时的控制流程示意图；
图5为本发明实施例回转机构的控制系统在回转机构调速时的控制流程示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协调的技术问题，本发明提供了一种回转机构的控制系统及塔式起重机。
如图2所示，本发明回转机构的控制系统，包括电动机14、制动装置15、控制设备11、第一调压设备12和第二调压设备13，其中，
所述电动机14，用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置15，用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备11，用于在回转机构启动时，根据输入的回转机构启动信号输出第一启动调压控制信号给第一调压设备12，输出第二启动调压控制信号给第二调压设备13；及在回转机构启动后，根据输入的回转机构调速信号输出额定工作电压控制信号给第一调压设备12，输出调速调压控制信号给第二调压设备13；
所述第一调压设备12，用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动机14的输入电压；及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机14的输入电压为额定工作电压；
所述第二调压设备13，用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动装置15的输入电压，及根据所述调速调压控制信号调节制动装置15的输入电压。
电动机14的输入电压即为第一调压设备12的输出电压，制动装置15的输入电压即为第二调压设备13的输出电压；制动装置15对回转机构输出的制动力矩与电动机14对回转机构输出的驱动力矩方向相反。
本发明回转机构的控制系统可以应用于各种具有回转机构的工程机械，例如塔式起重机、轮式起重机等，下面以塔式起重机为例，对本发明的实施例作详细说明。
电动机14优选为三相异步力矩电动机。力矩电动机具有启动转矩高、自适应性强、调速范围宽的特点，作为回转机构的驱动电动机具有较大的优势，尤其适合应用于塔机回转机构的大惯性控制系统中。
所述制动装置15优选为涡流制动器，则所述第二调压设备13为涡流调节器。
所述回转机构可以为无级调速或档位调速等，当所述回转机构为至少两档的调速回转机构时，第一档为启动档，所述回转机构启动信号是根据第一档位信息获得，所述第一启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和保存的第一启动对应关系获得，所述第二启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和保存的第二启动对应关系获得；所述回转机构调速信号是根据选择的第一档之外的档位信息获得，所述额定工作电压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的额定工作电压对应关系获得，所述调速调压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的调速对应关系获得。
所述至少两档的调速回转机构中，第一档所对应的电动机的输入电压小于电动机的额定工作电压；第一档所对应的制动装置的输入电压小于第二档所对应的制动装置的输入电压，且自第二档起的档位所对应的制动装置的输入电压依次降低；则自第一档起的档位所对应的回转机构的回转运行速度依次增大。
以四档调速回转机构为例，下面将现有回转机构控制系统与本发明实施例回转机构控制系统作以分析比较。
现有回转机构控制系统的相关参数如表1所示，电动机的转速与制动力矩之间的特性曲线如图1所示。可以看出，第一档、第二档、第三档和第四档分别需要相应的调压设备输出电压(即电动机的输入电压)和相应的制动调节设备输出电压(即制动装置的输入电压)配合，以达到调节回转机构回转运行速度的目的，由于施工工地电压的不稳定性和不确定性，调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协调。
Figure BDA0000133174680000051
表1现有回转机构控制系统的相关参数表
Figure BDA0000133174680000052
表2本发明实施例回转机构控制系统的相关参数表
本发明实施例回转机构控制系统的相关参数如表2所示，第一档、第二档、第三档和第四档所对应的电动机的输入电压和制动装置的输入电压，及回转机构的回转运行速度之间满足关系：
U1＜UN；u1′＜u2′，且u2′＞u3′＞u4′；V1＜V2＜V3＜V4；
其中，U1为第一档启动时的电动机的输入电压；UN为第二档、第三档和第四档时的电动机的输入电压；u1′、u2′、u3′和u4′分别为第一档、第二档、第三档和第四档时的制动装置的输入电压；V1、V2、V3和V4分别为第一档、第二档、第三档和第四档时的回转机构的回转运行速度。
如图3所示，电动机的转速与制动力矩之间的特性曲线更加直观的反映了回转机构控制系统的相关参数关系。
当塔式起重机的回转机构启动时，通过第一调压设备将三相异步力矩电动机的输入电压调低至小于额定工作电压，配合涡流调节器对涡流制动器的调节以达到平稳启动的目的；当回转机构启动后，在正常运行状态，将额定工作电压(例如，施工工地的电压)施加于三相异步力矩电动机，主要通过涡流调节器调节涡流制动器的输入电压，进而调节涡流制动器的制动力矩，最终调节回转机构在启动后的回转运行速度。
设M0为回转机构的实际输出力矩，M1为三相异步力矩电动机的输出力矩，M2为涡流制动器的输出力矩，则M0、M1和M2之间满足关系：
M0＝M1+M2
回转机构的实际输出力矩M0最终表现为塔式起重机的回转运行速度，对回转运行速度的控制，主要是通过对M0的调节来实现。当回转机构启动后，三相异步力矩电动机的输出力矩M1为额定工作电压下的恒定值，对实际输出力矩M0的调节主要是通过对涡流制动器的输出力矩M2的调节来实现。
如图4所示，本发明回转机构的控制系统在回转机构启动时的控制流程为：
步骤101：根据输入的回转机构启动信号，输出第一启动调压控制信号和第二启动调压控制信号；
步骤102：根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压，同时，根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压；
步骤103：通过电动机对回转机构输出驱动力矩，同时，通过制动装置对回转机构输出制动力矩，启动回转机构。
如图5所示，本发明回转机构的控制系统在回转机构调速时的控制流程为：
步骤201：根据输入的回转机构调速信号，输出额定工作电压控制信号和调速调压控制信号；
步骤202：根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压，同时，根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入电压；
步骤203：通过电动机对回转机构输出驱动力矩，同时，通过制动装置对回转机构输出制动力矩，对回转机构进行调速。
本发明塔式起重机，包括如前述技术方案中所述的回转机构的控制系统。
在本发明技术方案中，当启动回转机构时，第一调压设备根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压，同时第二调压设备根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，第一调压设备和第二调压设备配合调节回转机构的启动速度；而当对回转机构进行调速时，第一调压设备根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压，第二调压设备根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入电压，此时，第一调压设备对电动机输出恒定不变的额定工作电压，主要由第二调压设备来最终调节回转机构的回转运行速度，调速更加平滑，控制方式简单，回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种回转机构的控制系统，其特征在于，包括电动机、制动装置、控制设备、第一调压设备和第二调压设备，其中，
所述电动机，用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置，用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备，用于在回转机构启动时，根据输入的回转机构启动信号输出第一启动调压控制信号给第一调压设备，输出第二启动调压控制信号给第二调压设备；及在回转机构启动后，根据输入的回转机构调速信号输出额定工作电压控制信号给第一调压设备，输出调速调压控制信号给第二调压设备；
所述第一调压设备，用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压；及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压；
所述第二调压设备，用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，及根据所述调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电动机为三相异步力矩电动机。
3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述制动装置为涡流制动器。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述第二调压设备为涡流调节器。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述回转机构为至少两档的调速回转机构，其中，
第一档为启动档，所述回转机构启动信号是根据第一档位信息获得，所述第一启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和保存的第一启动对应关系获得，所述第二启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和保存的第二启动对应关系获得；
所述回转机构调速信号是根据选择的第一档之外的档位信息获得，所述额定工作电压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的额定工作电压对应关系获得，所述调速调压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的调速对应关系获得。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述至少两档的调速回转机构中，
第一档所对应的电动机的输入电压小于电动机的额定工作电压；
第一档所对应的制动装置的输入电压小于第二档所对应的制动装置的输入电压，且自第二档起的档位所对应的制动装置的输入电压依次降低；
则自第一档起的档位所对应的回转机构的回转运行速度依次增大。
7.一种塔式起重机，其特征在于，包括如权利要求1～6中任意一项所述的回转机构的控制系统。
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