CN102730568B - 起重机起升机构调速方法、设备以及包含该设备的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机起升机构调速方法、设备以及包含该设备的起重机，所述起升机构包括电机及传动机构，所述方法包括：接收重物的重量；以及根据该重量、所述电机的额定功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。通过上述技术方案，可根据重物的重量自动调节电机转速，使得电机转速可随重物的重量不同而自适应变化，而不必受于档位的限制，从而提高起重机的起升效率。

Description

起重机起升机构调速方法、设备以及包含该设备的起重机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种起重机起升机构调速方法、设备以及包含该设备的起重机。

背景技术

现在的大型塔机多采用变频调速方法进行起升速度调节。变频器调节电机速度，电机与减速机连接，减速机带动卷扬机构绕上钢丝绳，带动吊钩进行起升，从而起升重物。一般而言，变频器直接控制电机速度为3～5档，分别对应不同的最大起升重量，但在实际的起升过程中，需要吊起的重物一般不会正好等于最大起升重量，当起升重量大于某一档的最大起升重量后，就需要降档运行，这样就不能发挥电机的最大功率，起升作业的效率较低。

本发明是为了解决这个问题，采用一种电流检测的方法，检测电机实际所带负载大小，计算电机所能提供的最大功率，控制电机的转速，实现轻载高速、重载低速，达到起升不同重物的最大速度，提高起升作业的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种起重机起升机构调速方法、设备以及包含该设备的起重机，其可提高起重机的起升效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种起重机起升机构调速方法，该起升机构包括电机及传动机构，该方法包括：接收重物的重量；以及根据该重量、所述电机的输出功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。

相应地，本发明还提供一种起重机起升机构调速控制设备，该起升机构包括电机及传动机构，该设备包括：接收装置，用于接收重物的重量；以及第一控制装置，用于根据该重量、所述电机的输出功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。

相应地，本发明还提供一种起重机，该起重机包括上述调速设备。

通过上述技术方案，可根据重物的重量自动调节电机转速，使得电机转速可随重物的重量不同而自适应变化，而不必受于档位的限制，从而提高起重机的起升效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的起重机起升机构调速方法的流程图；

图2为本发明提供的起重机起升机构调速方法的一具体实施方式的流程图；以及

图3是本发明提供的起重机起升机构调速设备的结构图。

附图标记说明

10    接收装置    20    第一控制装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的起重机起升机构调速方法的流程图。如图1所示，本发明提供了一种起重机起升机构调速方法，该起升机构包括电机及传动机构，该方法包括：接收重物的重量；以及根据该重量、所述电机的输出功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。具体计算公式如下：

$n=\frac{974\×P\×\mathrm{\α}}{G\×R}$

其中，n为所述电机的转速；G为所述重物的重量；P为所述电机的输出功率，此处可为电机长期稳定工作的输出功率，即额定功率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度。

以下介绍该公式的推导过程。

根据起重机的工作原理，重物的重量可通过以下公式计算：

$G=\frac{T}{R\×9.8}---\left(1\right)$

其中，T为所述传动机构的输出转矩。

传动机构的输出转矩T的计算公式如下：

$T=\frac{9550\×P}{n}\×\mathrm{\α}---\left(2\right)$

通过上述公式（1）和（2），可推导出电机转速计算公式：

$n=\frac{974\×P\×\mathrm{\α}}{R\×G}---\left(3\right)$

通过所述重物的重量及该公式（3），可计算出电机转速，并以此转速来控制电机运行，从而驱动所述传动机构起升或降落所述重物。藉此，可根据重物重量调整电机转速，提高起重机的起升作业效率，最大程度的利用电机功率。

当然，本发明并不限于仅利用上述公式来计算电机转速并以该转速来控制电机运行，还可建立一重量与转速的对应表（该表的建立可参照以上公式（3）），之后在提升重物时，根据该重物的重量于所述对应表中查找相应的转速，并以该转速来控制电机运行，控制重物起升或下降，亦可实现相类似的效果。

所述重物的重量可由用户输入，亦可通过外部设备计算得出之后提供（具体计算方式可参见以下描述）。优选地，所述接收重物的重量包括：控制所述电机以低于预定档位的档位（例如，一档或二档。档位越低，越可保证起重机能够提起所述重物）恒速运行，以提升或降落所述重物；以及根据所述电机的当前电流、驱动电压及在所述低档下的设定转速、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述重物的重量。计算公式如下：

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}$

其中，U为所述电机的驱动电压（即，电网电压）；n_current为所述电机在所述低档下的设定转速；以及i_current为所述电机的当前电流，该电流可通过变频器进行检测。

以下介绍该公式的推导过程。

电机的输出功率为：

P=U×i_current    （4）

根据该公式及上述公式（1）和（2），可推导出：

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}---\left(5\right).$

优选地，在上述公式（2）和（4）中还可考虑所述电机的功率因素、所述电机的效率、以及所述传动机构的传动效率，从而进一步提升转速及重量计算精度。通过考虑上述因素及效率，公式（2）和（4）可分别变形为：

$T=\frac{9550\×P}{n}\×{\mathrm{\η}}_2\×\mathrm{\α}---(2-1)$

P=U×i_current××η₁    （4-1）

其中，为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；以及μ₂为所述传动机构的传动效率。

通过上述变形，可分别得到上述公式（3）和（5）的变形为：

$n=\frac{974\×U\×i\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{G\×R}---(3-1)$

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}---(5-1)$

藉此，可实现电机转速及重物重量的更为精确的计算。

其中，所述传动机构可为卷筒，所述力臂长度为该卷筒的半径。当然发明并不限于此，任何其他的传动机构亦可适用于此。

图2为本发明提供的起重机起升机构调速方法的一具体实施方式的流程图。以下结合图2描述本发明的一具体实施过程。首先，控制所述电机以低于预定档位的档位恒速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。利用变频器检测电机的当前电流，当该当前电流超过预定电流时，判断载荷过大，起重机超载，控制该电机制动锁死。当该当前电流未超过预定电流时，判断载荷在起重机的额定载荷范围内，起重机正常带载，继续执行以下操作。之后，根据该当前电流及上述公式（5），计算重物的重量；之后，根据该重物的重量于所述重量与转速的对应表中查找相应的转速（或者根据上述公式（3），计算所述重量所对应的转速），并以该转速来控制电机运行，控制重物起升或降落。藉此，可根据重物的重量自动调节电机转速，使得电机转速可随重物的重量不同而自适应变化，而不必受于档位的限制，从而提高起重机的起升效率。

图3是本发明提供的起重机起升机构调速设备的结构图。如图3所示，相应地，本发明还提供了一种起重机起升机构调速控制设备，该起升机构包括电机及传动机构，该设备包括：接收装置，用于接收重物的重量；以及第一控制装置，用于根据该重量、所述电机的额定功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物。

其中，所述第一控制装置根据以下公式计算所述电机的转速：

$n=\frac{974\×U\×i\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{G\×R}$

其中，n为所述电机的转速；G为所述重物的重量；i为所述电机的额定电流；U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度。

其中，所述设备还可包括第二控制装置，该第二控制装置用于：控制所述电机以低于预定档位的档位恒速运行，以提升或降落所述重物；根据所述电机的当前电流、驱动电压及在所述低档下的设定转速、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述重物的重量。该第二控制装置可与所述第一控制装置通过一控制器实现。

所述第二控制装置根据以下公式计算所述重物的重量：

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}$

其中，n_current为所述电机在所述低档下的设定转速；i_current为所述电机的当前电流U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度。

其中，所述第二控制装置还用于：在计算所述重物的重量之前，将所述电机的当前电流与预定电流进行比较；以及当该当前电流超过所述预定电流时，控制所述电机制动锁死。

其中所述传动机构可为卷筒，所述力臂长度为该卷筒的半径。

有关该调速设备的具体细节及益处，可参见之前对调速方法的描述，于此不再赘述。

相应地，本发明还提供了一种起重机，该起重机包括上述调速设备。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种起重机起升机构调速方法，该起升机构包括电机及传动机构，其特征在于，该方法包括：

接收重物的重量；以及

根据该重量、所述电机的输出功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物，

其中，根据以下公式计算所述电机的转速：

$n=\frac{974\×U\×i\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{G\×R}$

其中，n为所述电机的转速；G为所述重物的重量；i为所述电机的额定电流；U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度，

所述接收重物的重量包括：

控制所述电机以低于预定档位的档位恒速运行，以提升或降落所述重物；以及

根据所述电机的当前电流、驱动电压及低于所述预定档位的档位的设定转速、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述重物的重量。

2.根据权利要求1所述的调速方法，其特征在于，根据以下公式计算所述重物的重量：

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}$

其中，n_current为所述电机在所述低档下的设定转速；G为所述重物的重量；i_current为所述电机的当前电流；U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度。

3.根据权利要求1所述的调速方法，其特征在于，在计算所述重物的重量之前，该方法还包括：

将所述电机的当前电流与预定电流进行比较；以及

当该当前电流超过所述预定电流时，控制所述电机制动锁死。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的调速方法，其特征在于，所述传动机构为卷筒，所述力臂长度为该卷筒的半径。

5.一种起重机起升机构调速控制设备，该起升机构包括电机及传动机构，其特征在于，该设备包括：

接收装置，用于接收重物的重量；以及

第一控制装置，用于根据该重量、所述电机的输出功率、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述电机的转速，并控制所述电机以该转速运行，以驱动所述传动机构起升或降落所述重物，

其中，所述第一控制装置根据以下公式计算所述电机的转速：

$n=\frac{974\×U\×i\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{G\×R}$

其中，n为所述电机的转速；G为所述重物的重量；i为所述电机的额定电流；U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度；

第二控制装置，该第二控制装置用于：

控制所述电机以低于预定档位的档位恒速运行，以提升或降落所述重物；以及

根据所述电机的当前电流、驱动电压及低于所述预定档位的档位的设定转速、以及所述传动机构的传动比及力臂长度，计算所述重物的重量。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第二控制装置根据以下公式计算所述重物的重量：

$G=\frac{974\×U\×i_{\mathrm{current}}\×\×{\mathrm{\μ}}_1\×{\mathrm{\μ}}_2\×\mathrm{\α}}{n_{\mathrm{current}}\×R}$

其中，n_current为所述电机在所述低档下的设定转速；G为所述重物的重量；i_current为所述电机的当前电流；U为所述电机的驱动电压；为所述电机的功率因素；μ₁为所述电机的效率；μ₂为所述传动机构的传动效率；α为所述传动机构的传动比；以及R为所述传动机构的力臂长度。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述第二控制装置还用于：在计算所述重物的重量之前，将所述电机的当前电流与预定电流进行比较；以及当该当前电流超过所述预定电流时，控制所述电机制动锁死。

8.根据权利要求5-7中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述传动机构为卷筒，所述力臂长度为该卷筒的半径。

9.一种起重机，其特征在于，该起重机包括权利要求5-8中任一项权利要求所述的起重机起升机构调速控制设备。