CN102642775B - 一种控制塔式起重机回转机构的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电气控制技术领域，提供了一种控制塔式起重机回转机构的装置及方法，所述控制塔式起重机回转机构的装置由通用变频器、交流制动电路、回转电机、直流制动电路、正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路、刹车控制电路构成。在启动瞬间通过调整通用变频器的起始频率，并在通用变频器输出频率降低时，调整减速时间，使塔身的扭矩得到释放；在直流制动电路控制下起重臂的摆动和塔身的扭矩达到了充分的释放，同时通用变频器给出交流制动电路的制动信号对回转电机进行制动，起重臂平稳停止；利用通用变频器的各项功能实现了操作方便、维修保养周期长、节约能源的综合效益。

Description

一种控制塔式起重机回转机构的装置及方法

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，尤其涉及一种控制塔式起重机回转机构的装置及方法。

背景技术

目前塔式起重机比较常用的回转机构控制方式有下列几种：

1、鼠笼式电机加液力耦合器，线绕式电机加液力耦合器。

优点：线路简单，技术成熟。不足之处：液力耦合器传动系统，回转机构机械装置复杂，回转减速时操作人员需要频繁反车制动，方能实现平稳减速。此方式需要熟练的操作人员进行操作才可以实现平稳运行，增加了司机的劳动强度。同时，频繁的反车制动加大回转机构损坏频率，维修成本增加。

2、电磁联轴节控制。

优点：启动、制动比较平稳。不足之处：回转机构机械装置复杂，控制线路繁琐，电磁联轴节工作时发热严重，需要定期的维修保养，维修保养成本高。

3、力矩电机调压调速等方式。

电机与减速箱硬性连接，启动瞬间冲击较大，减速箱容易损坏，电动机采用调压加涡流调速，电机发热严重，电动机需要定期维修保养。

随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟，变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛地应用于塔式起重机各个机构，但是在回转机构应用中存在如下情况：

1、 起重臂在停止时摆动严重，特别是在小角度转动时，起重臂的摆动更加严重，造成起重臂定位困难。

2、 起重臂停止动作的瞬间，容易出现塔身抖动的现象，严重威胁塔吊的运转安全。

造成这种现象的主要原因是，变频器停止输出之后，电机失去了控制，但是塔身的扭矩需要释放，起重臂的摆动和塔身的抖动就是回转停止的瞬间扭矩释放的表现。克服上述情况比较常用的是采用力矩电动机加涡流来控制，但增加了电机的成本，低速时加入涡流制动，使电动机容易发热，加大了能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制塔式起重机回转机构的装置及方法，旨在解决现有技术提供的采用通用变频器对回转机构进行控制时，存在起重臂在停止时摆动严重，特别是在小角度转动时，起重臂的摆动更加严重，起重臂定位困难；起重臂停止动作的瞬间，容易出现塔身抖动，严重威胁塔吊的运转安全的问题。

本发明是这样实现的，一种控制塔式起重机回转机构的装置，包括：通用变频器、交流制动电路、回转电机、直流制动电路、正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路、刹车控制电路；所述通用变频器分别与所述交流制动电路、直流制动电路及回转电机相连接，所述正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路及刹车控制电路之间并联连接。

其中，所述交流制动电路包括制动电阻R1、R2、制动单元VB；制动电阻R1与制动电阻R2并联后与制动单元VB相连接，制动单元VB与通用变频器的P＋、N－端相连接。

所述正转控制电路包括控制开关SA21、正限位开关SQ1、继电器KA21；控制开关SA21的一端与正限位开关SQ1的一端相连接，正限位开关SQ1的另一端与继电器KA21的常闭触点相连接。

所述反转控制电路包括控制开关SA22、反限位开关SQ2、继电器KA22；

控制开关SA22的一端与反限位开关SQ2的一端相连接，反限位开关SQ2的另一端与继电器KA22的常闭触点的一端相连接。

所述中速控制电路包括控制开关SA23、继电器KA23；控制开关SA23与继电器KA23串联连接。

所述高速控制电路包括控制开关SA24、继电器KA24；控制开关SA24与继电器KA24串联连接。

所述刹车控制电路包括继电器KA25；继电器K A25一端与通用变频器的触头AL0相连接，继电器K A25的另一端与继电器KA21、继电器KA22、继电器KA23及继电器KA24的

一端相连接，控制开关SA21、SA22、SA23及SA24的一端与通用变频器的触头AL2相连接；通用变频器的正转输入信号端FW与继电器KA21的常开触点相连接，通用变频器

的引脚8与继电器KA22的常开触点相连接，通用变频器的引脚7与继电器KA23的常开触点相连接，通用变频器的引脚6与继电器KA24的常开触点相连接，继电器KA21、

KA22、KA24及KA25的常开触点与通用变频器的输入信号公共端P24相连接。

所述直流制动电路包括整流单元U1、接触器KM；所述整流单元U1的一端通过断路器QF2与交流电源输入端相连接，整流单元U1的另一端通过接触器KM与制动相连接。

所述通用变频器的起始频率为3.5HZ。

一种控制塔式起重机回转机构的方法，应用权利要求1-9所述的控制塔式起重机回转机构的装置，其步骤如下：

步骤一，在控制塔式起重机回转机构的启动瞬间，先将通用变频器的起始频率调整到3.5HZ；

步骤二，在通用变频器的输出频率降到4HZ时，调整减速时间，使塔身的扭矩得到释放；

步骤三，当通用变频器的输出频率降到2.8HZ时，通过直流制动电路注入直流耗能制动，此时回转电机产生一定的制动力矩，且这个制动力矩大小能调整；

步骤四，在直流制动电路的控制下，起重臂的摆动和塔身的扭矩达到充分的释放，经过直流能耗制动之后，通用变频器给出交流制动电路的制动信号对回转电机进行制动，起重臂平稳停止。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明提供一种控制塔式起重机回转机构的装置和方法，旨在解决现有技术提供的采用通用变频器对回转机构进行控制时，存在起重臂在停止时摆动严重，特别是在小角度转动时，起重臂的摆动更加严重，起重臂定位困难；起重臂停止动作的瞬间，容易出现塔身抖动，严重威胁塔吊的运转安全的问题。

本发明提供的控制塔式起重机回转机构的装置，由通用变频器、交流制动电路、回转电机、直流制动电路、正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路、刹车控制电路构成。在启动瞬间，为了使动作更灵活，操作更方便，通过适当调整通用变频器的起始频率，并在通用变频器输出频率降低时，调整减速时间，使塔身的扭矩得到释放；通过直流制动电路注入直流能耗制动，此时回转电机有一定的制动力矩，且这个力矩大小可调整，在直流制动电路控制下起重臂的摆动和塔身的扭矩达到了充分的释放，同时通用变频器给出交流制动电路的制动信号对回转电机进行制动，起重臂平稳停止。

本发明利用通用变频器的各项功能实现了线路简单、操作方便、维修保养周期长、节约能源的综合效益；有效地解决了塔式起重机回转机构运转过程停止时出现的起重臂摆动及塔身抖动的问题，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的控制塔式起重机回转机构的装置的结构框图。

图2是本发明实施例提供的通用变频器与交流制动电路、回转电机的线路连接图。

图3是本发明实施例提供的正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路以及刹车控制电路的线路连接图。

图4是本发明实施例提供的直流制动电路的线路连接图。

图5是本发明实施例提供的回转电机的控制转换示意图。

图6是本发明实施例提供的原通用变频器的输出特性示意图。

图7是本发明实施例提供的改进后的通用变频器的输出特性示意图。

图中：11、通用变频器；12、交流制动电路；13、回转电机；14、直流制动电路；15、正转控制电路；16、反转控制电路；17、中速控制电路；18、高速控制电路；19、刹车控制电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的控制塔式起重机回转机构的装置的结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该装置包括：通用变频器11、交流制动电路12、回转电机13、直流制动电路14、正转控制电路15、反转控制电路16、中速控制电路17、高速控制电路18、刹车控制电路19；

通用变频器11分别与交流制动电路12、直流制动电路14及回转电机13相连接，正转控制电路15、反转控制电路16、中速控制电路17、高速控制电路18及刹车控制电路19之间并联连接。

在本发明实施例中，通用变频器11的R、S、T电源输入端通过断路器QF1与三相交流电源相连接，电压输出端U、V、W与回转电机相连接。

如图2所示，在本发明实施例中，交流制动电路12包括：制动电阻R1、R2、制动单元VB；制动电阻R1与制动电阻R2并联后与制动单元VB相连接，制动单元VB与通用变频器11的P＋、N－端相连接。

如图3所示，在本发明实施例中，正转控制电路15包括：控制开关SA21、正限位开关SQ1、继电器KA21；控制开关SA21的一端与正限位开关SQ1的一端相连接，正限位开关SQ1的另一端与继电器KA21的常闭触点相连接。

在本发明实施例中，反转控制电路16包括控制开关SA22、反限位开关SQ2、继电器KA22；

控制开关SA22的一端与反限位开关SQ2的一端相连接，反限位开关SQ2的另一端与继电器KA22的常闭触点的一端相连接。

在本发明实施例中，中速控制电路17包括：控制开关SA23、继电器KA23；控制开关SA23与继电器KA23串联连接。

在本发明实施例中，高速控制电路18包括：控制开关SA24、继电器KA24；控制开关SA24与继电器KA24串联连接。

在本发明实施例中，刹车控制电路19包括继电器KA25。

继电器K A25一端与通用变频器11的触头AL0相连接，继电器K A25的另一端与继电器KA21、继电器KA22、继电器KA23及继电器KA24的一端相连接，控制开关SA21、SA22、SA23及SA24的一端与通用变频器11的触头AL2相连接。

通用变频器11的正转输入信号端FW与继电器KA21的常开触点相连接，通用变频器11的引脚8与继电器KA22的常开触点相连接，通用变频器11的引脚7与继电器KA23的常开触点相连接，通用变频器11的引脚6与继电器KA24的常开触点相连接，继电器KA21、KA22、KA24及KA25的常开触点与通用变频器11的输入信号公共端P24相连接。

如图4所示，在本发明实施例中，直流制动电路14包括整流单元U1、接触器KM；整流单元U1的一端通过断路器QF2与交流电源输入端相连接，整流单元U1的另一端通过接触器KM与制动相连接。

在本发明实施例中，通用变频器11的起始频率为3.5HZ。

下面结合附图及具体实施例对本发明的方法及原理作进一步描述。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是使用通用变频器11对回转电机13进行控制。一种控制塔式起重机回转机构的方法，其步骤如下：步骤一，在控制塔式起重机回转机构的启动瞬间，先将通用变频器的起始频率调整到3.5HZ。

步骤二，在通用变频器的输出频率降到4HZ时，调整减速时间，大约是3秒的时间，使塔身的扭矩得到释放；

步骤三，当通用变频器的输出频率降到2.8HZ时，通过直流制动电路注入直流耗能制动，此时回转电机产生一定的制动力矩，且这个制动力矩可以调整大小；

步骤四，在直流制动电路的控制下，起重臂的摆动和塔身的扭矩达到充分的释放，经过经过2秒左右的直流能耗制动之后，通用变频器给出交流制动电路的制动信号对回转电机进行制动，起重臂平稳停止。本发明采用通用变频器11实现对电机无缝隙控制，充分发挥通用变频器11性能，其直流制动和多段速加减速可以充分释放在停止回转的瞬间塔身的扭矩。

本发明实施例中，在针对型塔式起重机回转机构的控制中，进行了如下参数的调整，有效解决了回转机构运转过程停止时出现的大臂摆动及塔身抖动的情况，取得良好的效果，所述的参数的调整见下表所示。

改进后的塔吊回转通用变频器参数

本发明实施例提供的控制塔式起重机回转机构的装置，由通用变频器11、交流制动电路12、回转电机13、直流制动电路14、正转控制电路15、反转控制电路16、中速控制电路17、高速控制电路18、刹车控制电路19构成；在启动瞬间，为了使动作更灵活，操作更方便，通过适当调整通用变频器11的起始频率，地通用变频器11输出频率降低时，调整减速时间，使塔身的扭矩得到释放；通过直流制动电路14注入直流能耗制动，此时回转电机13有一定的制动力矩，且这个力矩大小可调整，在直流制动电路14控制下起重臂的摆动和塔身的扭矩达到了充分的释放，同时通用变频器11给出交流制动电路12的制动信号对回转电机13进行制动，起重臂平稳停止；利用通用变频器11的各项功能实现了线路简单、操作方便、维修保养周期长、节约能源的综合效益；有效地解决了塔式起重机回转机构运转过程停止时出现的起重臂摆动及塔身抖动的问题，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

在实际操作过程中，通过通用变频器控制实现无极变速，可实现起制动迅速平稳和调速的目的。回转电机设有一定的制动力矩，且这个力矩大小可以调整，用于制动定位。在实际操作过程中，司机操作档位控制，实现左、右回转和1、2、3档控制。1档时变频器输出10Hz，2档时变频器输出30 Hz，3档时变频器输出50 Hz，停止回转时制动单元和制动电阻配合吸收惯性的能量。回转刹车信号由通用变频器控制，通用变频器输出时刹车控制电路控制刹车打开，通用变频器不输出时刹车控制电路控制刹车制动。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种控制塔式起重机回转机构的装置，其特征在于，包括通用变频器、交流制动电路、回转电机、直流制动电路、正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路、刹车控制电路；所述通用变频器分别与所述交流制动电路、直流制动电路及回转电机相连接，所述正转控制电路、反转控制电路、中速控制电路、高速控制电路及刹车控制电路之间并联连接；

所述交流制动电路包括制动电阻R1、R2、制动单元VB；所述制动电阻R1、R2并联后与所述制动单元VB相连接，所述制动单元VB与所述通用变频器的P＋、N－端相连接；

所述正转控制电路包括控制开关SA21、正限位开关SQ1、继电器KA21；控制开关SA21的一端与正限位开关SQ1的一端相连接，正限位开关SQ1的另一端与继电器KA21的常闭触点相连接；

所述反转控制电路包括控制开关SA22、反限位开关SQ2、继电器KA22；控制开关SA22的一端与反限位开关SQ2的一端相连接，反限位开关SQ2的另一端与继电器KA22的常闭触点的一端相连接；

所述中速控制电路包括控制开关SA23、继电器KA23；控制开关SA23与继电器KA23串联；

所述高速控制电路包括控制开关SA24、继电器KA24；控制开关SA24与继电器KA24串联。

2.如权利要求1所述的控制塔式起重机回转机构的装置，其特征在于，所述刹车控制电路包括继电器KA25；继电器K A25一端与通用变频器的触头AL0相连接，继电器K A25的另一端与继电器KA21、继电器KA22、继电器KA23及继电器KA24的一端相连接，控制开关SA21、SA22、SA23及SA24的一端与通用变频器的触头AL2相连接；通用变频器的正转输入信号端FW与继电器KA21的常开触点相连接，通用变频器的引脚8与继电器KA22的常开触点相连接，通用变频器的引脚7与继电器KA23的常开触点相连接，通用变频器的引脚6与继电器KA24的常开触点相连接，继电器KA21、KA22、KA24及KA25的常开触点与通用变频器的输入信号公共端P24连接。

3.如权利要求1所述的控制塔式起重机回转机构的装置，其特征在于，所述直流制动电路包括整流单元U1、接触器KM；所述整流单元U1的一端通过断路器QF2与交流电源输入端相连接，整流单元U1的另一端通过接触器KM与制动连接。

4.如权利要求1所述的控制塔式起重机回转机构的装置，其特征在于，所述通用变频器的起始频率为3.5HZ。

5.一种控制塔式起重机回转机构的方法，其特征在于，应用权利要求1-9所述的控制塔式起重机回转机构的装置，其步骤如下：

步骤一，在控制塔式起重机回转机构的启动瞬间，先将通用变频器的起始频率调整到3.5HZ；

步骤二，在通用变频器的输出频率降到4HZ时，调整减速时间，使塔身的扭矩得到释放；

步骤三，当通用变频器的输出频率降到2.8HZ时，通过直流制动电路注入直流耗能制动，此时回转电机产生一定的制动力矩，且这个制动力矩大小能调整；

步骤四，在直流制动电路的控制下，起重臂的摆动和塔身的扭矩达到充分的释放，经过直流能耗制动之后，通用变频器给出交流制动电路的制动信号对回转电机进行制动，起重臂平稳停止。

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