CN102887434B - 一种节能型轮胎吊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型轮胎吊，在所述轮胎吊上安装有为轮胎吊提供电力供应的柴油发电机组，在所述柴油发电机组中设置有控制识别单元；所述控制识别单元连接速度切换模块，接收速度切换模块在轮胎吊进入待机状态时输出的怠速信号，进而调节发电机以低于额定转速的怠速运转；在连接柴油发电机组的供电传输线路中连接有变频电源，所述变频电源对发电机运转在怠速状态下输出的交流电源进行升频、升压处理，进而生成轮胎吊的控制系统所需的交流供电电源，为控制系统供电。本发明的节能型轮胎吊在不影响发电机组正常使用寿命的前提下，降低了轮胎吊的燃油消耗，并且启动快速、操作简单、智能控制、切换方便，显著提高了轮胎吊的运行效率和安全性。

Description

一种节能型轮胎吊

技术领域

本发明属于起重设备技术领域，具体地说，是涉及一种具有节约燃油技术的经济节能型轮胎吊。

背景技术

目前，轮胎式龙门起重机（又称轮胎吊）已经被广泛应用在港口码头的集装箱装卸作业中。在轮胎吊的生产运行过程中，燃油消耗量大的问题一直都是制约港口盈利提高的一个重要因素。因此，如何减少轮胎吊等港机设备的燃油消耗，一直是一个难点。

轮胎吊受生产调度安排及场区规模等因素的影响，很多时候会处于待机状态，即不工作状态，且维持待机状态的时间每次大约需要10~20分钟，甚至更长。在这段时间内，如果关闭发电机组，使轮胎吊断电停机，直到轮胎吊恢复作业时，再重新启动投入运行，虽然可以起到节约燃油，降低功耗的作用，但是频繁的开关机会降低设备的使用寿命，而且启动后达到工作状态需要的时间较长，衔接不当会降低装卸效率，进而影响装卸作业的顺利进行。

鉴于此，目前操作轮胎吊的司机在设备处于待机状态时，通常的做法都是保持发电机组以额定速度运转，以便轮胎吊在恢复作业时可以立即投入运行。而这种控制模式无疑会增加轮胎吊的油耗，使得运行成本大大提升，不符合国家所倡导的绿色、低碳、经济、环保的社会发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能型轮胎吊，以解决传统轮胎吊在待机状态下仍保持其发电机组以额定转速运行，所导致的燃油消耗量大，能源浪费严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种节能型轮胎吊，在所述轮胎吊上安装有为轮胎吊提供电力供应的柴油发电机组，在所述柴油发电机组中设置有控制识别单元；所述控制识别单元连接速度切换模块，接收速度切换模块在轮胎吊进入待机状态时输出的怠速信号，进而调节发电机以低于额定转速的怠速运转；在连接柴油发电机组的供电传输线路中连接有变频电源，所述变频电源对发电机运转在怠速状态下输出的交流电源进行升频、升压处理，进而生成轮胎吊的控制系统所需的交流供电电源，为控制系统供电。

进一步的，所述怠速为发电机安全运行的最低转速，以避免柴油发电机组在长期怠速运转的过程中受到损害。

为了实现发电机转速的智能切换，将所述速度切换模块连接全速/怠速切换开关，所述全速/怠速切换开关受控于控制系统中的控制器，所述控制器检测操作台的操作状态，若在设定时间内操作台无操作，即轮胎吊处于不工作状态，则控制全速/怠速切换开关切换至怠速状态，进而控制所述速度切换模块输出怠速信号，通过控制发电机以怠速运转，以达到降低燃油消耗的设计目的。

其中，所述设定时间优选在5-10分钟之间取值。

为了在轮胎吊重新投入工作后，柴油发电机组能够自动切换至正常工作状态，通过所述控制器在发电机处于怠速运转过程中对操作台上的操作进行持续检测，若检测到操作台上有操作输入，则控制全速/怠速切换开关切换至全速状态，进而控制所述速度切换模块输出全速信号至控制识别单元，以控制发电机以额定转速运转。

为了便于轮胎吊的司机对发电机组的运转进行控制，在所述操作台上还可以进一步设置手动调速开关，连接所述的控制器，所述控制器在手动调速开关处于怠速状态的期间内，控制所述全速/怠速切换开关保持怠速状态，由此，在轮胎吊长期处于待机状态时，可以防止司机由于误操作而使得发电机组频繁在怠速、全速间切换。

为了将轮胎吊切换至正常工作状态或者转入智能切换模式，可以将所述手动调速开关切换至全速位置，所述控制器在手动调速开关切换至全速状态的期间内，根据操作台在设定时间内有无操作来自动控制所述全速/怠速切换开关的状态，实现对柴油发电组的智能控制。

优选的，所述变频电源输出的交流供电电源一方面为轮胎吊的维修电源、加热器、照明设备和空调供电，另一方面通过隔离变压器为所述控制系统供电。

为了实现本地和远程两种控制方式，优选将所述全速/怠速切换开关同时连接柴油发电机组的控制屏，并行接收通过控制屏采集输出的调速指令，进而切换至全速状态或者怠速状态。

为了在本地控制和远程控制之间实现投切，在所述轮胎吊上还设置有远程/本地切换开关，当将所述远程/本地切换开关切换至远程状态时，通过司机室的控制器控制所述全速/怠速切换开关的状态；当切换所述远程/本地切换开关至本地状态时，通过柴油发电机组的控制屏控制所述全速/怠速切换开关的状态。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的节能型轮胎吊通过控制柴油发电机组在轮胎吊处于待机状态时怠速运转，从而在不影响发电机组正常使用寿命的前提下，降低了轮胎吊的燃油消耗，并且启动快速、操作简单、智能控制、切换方便，显著提高了轮胎吊的运行效率和安全性，减少了司机的工作量，投资小，安装调试方便，不需要将定速发动机更换为变速发动机，并可根据实际生产需求，设定不同的转速，以达到不同的节能效果，适应性强，可适用于不同工况的集装箱码头。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的节能型轮胎吊的控制系统整体架构示意图；

图2是本发明所提出的节能型轮胎吊的控制系统的一种实施例的电气原理图；

图3是本发明所提出的节能型轮胎吊的供电线路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

目前的轮胎吊，大多采用柴油发电机组产生的交流电源提供电力供应。柴油发电机组主要由柴油机、发电机和控制识别单元CIU组成。其中，柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能输出。通常情况下，柴油机驱动发电机以额定转速运转，输出440V左右的三相交流电源，一方面提供给轮胎吊内部包括用于提升、行走、转向的变频器等动力负载，以控制轮胎吊的提升机构、大车行走机构、小车变幅机构和大车转向机构等运行；另一方面，通过变压器将交流440V电源降压为交流220V电源，为轮胎吊司机室内的加热器、空调、照明设备以及控制器（通常采用PLC可编程逻辑控制器）等负载供电。控制识别单元CIU用于控制发电机的转速，通过改变发电机的转速来调节柴油发电机组输出的交流电源的大小。由于柴油发电机组直接设置在轮胎吊上，因此可以随时随地的为轮胎吊提供动力能源，在满足轮胎吊场区内正常作业的同时，使得轮胎吊可以自由转场作业。

考虑到轮胎吊在实际运行过程中经常会处于待机状态，即启动后不工作的状态，为了避免轮胎吊在待机状态下其柴油发电机组仍保持额定转速运转所造成的燃油消耗量大，能源浪费严重的问题，本发明设计了一种经济节能型的轮胎吊，通过控制轮胎吊上的柴油发电机组在轮胎吊处于待机情况下以低于额定转速的怠速运转，从而在降低燃油损耗的同时，可以使得轮胎吊在由待机转入工作状态时，其柴油发电机组的转速能够快速提升到额定转速，以输出满足轮胎吊上各供电负载待机运行所需的交流电源，使轮胎吊能够即刻投入正常工作状态，提高装卸效率。

下面通过一个具体的实施例，来详细阐述本发明所提出的节能型轮胎吊的设计结构及其工作原理。

实施例一，本实施例的节能型轮胎吊为了达到其柴油发电机组的转速能够根据轮胎吊的实际工作状态进行适应性调节的设计目的，一方面，在轮胎吊的控制系统中增加速度切换模块，参见图1所示，以用于在轮胎吊进入待机状态时控制发电机以低于额定转速的怠速运转，而在轮胎吊转入工作状态时控制发电机及时恢复到额定转速；另一方面，在轮胎吊的供电传输线路中增加变频电源，参见图3所示，以用于在柴油发电机组运转在怠速情况下，对发电机输出的交流电源（由于柴油发电机组的转速下降，因此输出的交流电源随之降低，可能达不到轮胎吊中控制系统的供电要求）进行升频、升压处理，进而在满足轮胎吊中控制系统的用电需求的同时，还可以进一步为轮胎吊中的空调、加热器、照明设备、维修电源、电控系统控制回路等用电负载供电，以改善司机的工作环境。

下面首先对控制系统的设计方式进行详细说明。

参见图1所示，在本实施例的控制系统中主要设计有速度切换模块、全速/怠速切换开关和PLC控制器等部分。其中，PLC控制器连接轮胎吊司机室内的操作台，对操作台上各操作手柄的操作状态进行检测，以控制轮胎吊执行司机的操作。所述全速/怠速切换开关连接PLC控制器，在PLC控制器的控制作用下在全速和怠速两个状态之间进行切换，并生成相应的开关量信号输出至速度切换模块。所述速度切换模块根据接收到的开关量信号的高低电平状态，生成不同幅值的调速电压，输出至柴油发电机组的控制识别单元CIU，进而通过控制识别单元CIU调节发电机的转速，使其运行在额定转速的正常工作模式下或者怠速的待机工作模式下，以达到待机节油的设计目的。

为了使得柴油发电机组能够根据轮胎吊的实际工作情况自动调节其自身转速，以实现轮胎吊的智能控制，本实施例优选采用PLC控制器对司机室内的操作台进行定时检测，若PLC控制器在设定时间T内没有检测到操作台上的操作手柄动作，则认为轮胎吊当前处于待机状态，进而自动生成调速信号输出至全速/怠速切换开关，以控制全速/怠速切换开关切换至怠速状态，进而生成相应的开关量信号（以高电平为例进行说明）输出至速度切换模块。所述速度切换模块在接收到高电平信号后，输出怠速信号所对应的模拟电压，传输至控制识别单元CIU。通过在控制识别单元CIU中编写相应的程序，以对接收到的模拟调速电压进行识别，进而调节柴油发电机组的速度，控制发电机降低其转速至预先设定的怠速，以节约燃油消耗。

在本实施例中，为了确保柴油发电机组能够在无损害的情况下长期安全运行，所述怠速优选设定为发电机安全运行的最低转速，以最大限度的降低燃油消耗。以VOLVO Penta TAD1641GE发动机为例进行说明，该类发动机的额定转速为1500RPM，设定怠速为1380RPM，根据油耗曲线，可节约燃油8%。

在柴油发电机组工作在怠速状态时，PLC控制器继续对操作台上的各操作手柄进行检测。若司机执行了操作，即至少有一个操作手柄被触动，则立即生成调速信号输出至全速/怠速切换开关，以控制全速/怠速切换开关切换至全速状态，进而生成相应的开关量信号（以低电平为例进行说明）输出至速度切换模块。所述速度切换模块在接收到低电平信号后，输出全速信号所对应的模拟电压，传输至控制识别单元CIU，进而通过控制识别单元CIU控制柴油发电机组以额定转速运转，生成440V交流电源为轮胎吊中各个用电负载提供电力供应，使轮胎吊重新投入正常工作状态。

由于柴油发电机组从怠速转为额定转速所需的时间很短，因此可以使得轮胎吊迅速转入正常工作状态，启动快速，可以保证装卸作业的顺利衔接，提高装卸效率。

为了避免发电机组频繁在怠速、全速状态之间切换，本实施例优选在司机室的操作台上增设手动调速开关，通过将手动调速开关切换至怠速位置，从而在长期待机运行时防止因为司机的误操作而使发电机组频繁的在怠速、全速状态下切换。

具体系统设计方式为：将手动调速开关连接所述的PLC控制器，通过PLC控制器检测手动调速开关的切换位置。当PLC控制器检测到所述手动调速开关打到全速位置时，启动智能调速程序，根据操作台在设定时间T内是否有操作执行，来自动控制柴油发电机组的转速为额定转速还是怠速；当PLC控制器检测到所述手动调速开关打到怠速位置时，退出智能调速程序，并控制柴油发电机组保持怠速运行。此时，即便司机操控操作手柄，PLC控制器也不会控制柴油发电机组的转速重新回到额定转速上来。由此，可以防止司机在长期待机状态下的误操作。

在本实施例中，检测操作台是否长时间不操作的设定时间T优选设定在5-10分钟，以保证能够对轮胎吊的实际工作状态做出正确判断的前提下，控制柴油发电机组尽快转入怠速模式，以期最大限度的节约燃油消耗。

为了对柴油发电机组的转速实现远程和本地两种控制方式，以方便司机人员的操作，本实施例优选在轮胎吊上增设远程/本地切换开关，并在柴油发电机组的控制屏系统中增加调速开关，参见图1所示。当需要在轮胎吊下面对其柴油发电机组的转速进行控制时，可以将所述远程/本地切换开关投切到本地位置，将控制权分配给柴油发电机组中的控制屏，技术人员可以通过点击控制屏中的调速开关，控制控制屏输出调速信号至全速/怠速切换开关，进而通过改变全速/怠速切换开关的状态，来控制发电机工作在额定转速或者怠速。反之，当需要司机室内的司机对柴油发电机组的转速进行远程控制时，可以首先将所述的远程/本地切换开关投切到远程位置，将控制权分配给司机室内的操作台，进而通过PLC控制器实现对柴油发电机组转速的适应性切换。

图2是图1所示控制系统所对应的一种具体电路设计图。其中，SA1为远程/本地切换开关，且1、2管脚形成一条开关通路，连接在直流电源VCC与柴油发电机组中的控制屏所对应的控制电路之间；3、4管脚形成另外一条开关通路，连接在直流电源VCC与PLC控制器的其中一路输入端口之间。当采用本地控制模式时，连通远程/本地切换开关SA1的1、2管脚，将直流电源VCC与控制屏所对应的控制电路连通，具体可以连接所述控制电路中的双路开关SA2。当操作人员通过控制屏选择切换至怠速模式时，双路开关SA2的1、2管脚受控导通，传输高电平的直流电源VCC至后级的全速/怠速切换开关。当操作人员通过控制屏选择切换至全速模式时，双路开关SA2的3、4管脚受控导通，由于3脚悬空或者接地，因此通过4脚传输至全速/怠速切换开关的电平为低电平。当采用远程控制模式时，连通远程/本地切换开关SA1的3、4管脚，将直流电源VCC与PLC控制器的一路输入端口连通。所述PLC控制器在检测到其该路输入端口为高电平时，判定用户选择了远程控制模式，启动自身的调速程序对柴油发电机组的转速进行自动控制。在此过程中，PLC控制器同时检测其另外一路连接手动调速开关的输入端口的电平状态，并根据接收到的电平状态判断手动调速开关的投切位置。若手动调速开关切换至全速位置，则PLC控制器启动智能调速程序，根据轮胎吊的实际工作情况智能地控制柴油发电机组的转速；若手动调速开关切换至怠速位置，则PLC控制器直接控制柴油发电机组以怠速运转。当PLC控制器需要控制柴油发电机组运行在怠速节约燃油的工作模式下时，输出高电平的直流电源传输至后级的全速/怠速切换开关，以控制全速/怠速切换开关切换至怠速状态。反之，当PLC控制器需要控制柴油发电机组运行在全速工作模式下时，向后级的全速/怠速切换开关输出低电平信号，以控制全速/怠速切换开关切换至全速状态。

在本实施例中，所述全速/怠速切换开关优选采用一颗继电器K7，所述速度切换模块优选采用一颗2位电动可调电位计SA5进行具体的电路设计，参见图2所示。其中，将所述继电器K7线圈的一端分别与所述的PLC控制器和控制屏相连接，接收控制器或者控制屏输出的调速指令（高电平表示怠速信号，低电平表示全速信号），另一端接地。将所述继电器K7的活动触点连接所述的速度切换模块，向速度切换模块输出开关量信号。具体来讲，可以将所述继电器K7的常闭触点连接在电动可调电位计SA5的3、4脚之间，常开触点连接在电动可调电位计SA5的5、6脚之间，电动可调电位计SA5通过其1、2脚接收24V的直流供电电源DC24V。当通过控制屏或者PLC控制器输出高电平的怠速信号时，继电器K7的线圈通电，控制其常开触点闭合，常闭触点断开。此时，电动可调电位计SA5检测到其3、4脚断路，5、6脚短接，进而调节其14、15脚之间的电阻值，改变输出至控制识别单元CIU的调速电压的幅值。控制识别单元CIU根据其接收到的调速电压的幅值控制发电机降低到怠速转速，进而在保证柴油发电机组长时间安全运行的同时，使得燃油消耗大大降低。反之，当通过控制屏或者PLC控制器输出低电平的全速信号时，继电器K7的线圈断电，使其活动触点恢复初始状态，即常开触点断开，常闭触点闭合。此时，电动可调电位计SA5检测到其3、4脚短接，5、6脚断路，则调节其14、15脚之间的电阻值，改变输出至控制识别单元CIU的调速电压的幅值，进而通过控制识别单元CIU调节发电机的转速恢复到额定转速，使得轮胎吊重新转入正常工作模式。

在本实施例中，通过所述控制识别单元CIU还可以进一步连接水温表℃、油压表P和转速表RPM/H，以实时显示柴油发电机组的温度、压力和转速情况，并在发生异常状况时及时进行报警提示。

当然，所述全速/怠速切换开关和速度切换模块也可以采用其他类型的元器件进行电路设计，本实施例并不仅限于以上举例。

图3为所述节能型轮胎吊的供电线路原理图。其中，连接柴油发电机组的电源线为三相四线制的交流电源线缆，在柴油发电机组以额定转速运转时，输出440V交流电源通过总电源开关K1分别为轮胎吊中的主动力系统、辅助动力系统和控制系统供电，且各系统之间供电隔离。其中，440V的交流电源一路通过电抗器RL1进行稳压处理后，传输至整流逆变单元或者变频器，生成主动力系统中起升机构、大车机构和小车机构所需的交流供电电源，控制起升机构、大车机构和小车机构运行；另一路经处理后，为辅助动力系统中的制动器、转向机构和风机供电；第三路通过变频电源转换成50Hz的220V交流供电电源为司机室内的加热器、照明设备和空调供电，并进一步通过隔离变压器T1转换生成低压交流电源为控制系统中的PLC控制器和其他控制设备供电。

当控制系统控制柴油发电机组运转在怠速节油模式时，由于通过柴油发电机组输出的交流电源降低，为了满足控制系统的持续工作要求，本实施例在所述供电线路中设计了所述的变频电源，通过变频电源接收柴油发电机组在怠速运转过程中输出的交流电源，并进行升压、升频处理后，生成控制系统所需的50Hz的220V交流供电电源，为控制系统供电。为了改善司机人员的工作环境，将通过变频电源输出的交流供电电源一方面输出至轮胎吊的空调、加热器、照明设备、维修电源和电控系统控制回路等用电负载，为它们供电，以满足司机人员和设备待机运行的使用需求；另一方面输出至隔离变压器T1，以转换成低压交流电源，继续为控制系统中的PLC控制器和其他控制设备供电。

当然，本实施例所提出的控制器也不仅限于PLC控制器一种形式，对于其他具有信号处理能力和控制作用的控制器件同样适用，本实施例对此不进行具体限制。

利用本实施例所提出的燃油节约技术对目前的轮胎吊进行结构改进，不仅在客户集装箱码头生产作业中获得了良好的节油效果，使得平均可节约燃油率达到了8%左右，而且提高了轮胎吊的生产衔接效率，相比目前广泛采用的油改电方式，改造费用低，性价比高。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种节能型轮胎吊，在所述轮胎吊上安装有为轮胎吊提供电力供应的柴油发电机组，在所述柴油发电机组中设置有控制识别单元；其特征在于：所述控制识别单元连接速度切换模块，接收速度切换模块在轮胎吊进入待机状态时输出的怠速信号，进而调节发电机以低于额定转速的怠速运转；在连接柴油发电机组的供电传输线路中连接有变频电源，所述变频电源对发电机运转在怠速状态下输出的交流电源进行升频、升压处理，进而生成轮胎吊的控制系统所需的交流供电电源，为控制系统供电；

所述速度切换模块连接全速/怠速切换开关，所述全速/怠速切换开关受控于控制系统中的控制器，所述控制器检测操作台的操作状态，若在设定时间内操作台无操作，则控制全速/怠速切换开关切换至怠速状态，进而控制所述速度切换模块输出怠速信号。

2.根据权利要求1所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述控制器在发电机处于怠速运转过程中，若检测到操作台上有操作输入，则控制全速/怠速切换开关切换至全速状态，进而控制所述速度切换模块输出全速信号至控制识别单元，以控制发电机以额定转速运转。

3.根据权利要求1所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述设定时间在5-10分钟之间。

4.根据权利要求2所述的节能型轮胎吊，其特征在于：在所述操作台上还设置有手动调速开关，连接所述的控制器，所述控制器在手动调速开关处于怠速状态的期间内，控制所述全速/怠速切换开关保持怠速状态。

5.根据权利要求4所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述控制器在手动调速开关切换至全速状态的期间内，根据操作台在设定时间内有无操作来自动控制所述全速/怠速切换开关的状态。

6.根据权利要求1所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述怠速为发电机安全运行的最低转速。

7.根据权利要求1所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述变频电源输出的交流供电电源一方面为轮胎吊的维修电源、加热器、照明设备和空调供电，另一方面通过隔离变压器为所述控制系统供电。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的节能型轮胎吊，其特征在于：所述全速/怠速切换开关连接柴油发电机组的控制屏，并行接收通过控制屏采集输出的调速指令，进而切换至全速状态或者怠速状态。

9.根据权利要求8所述的节能型轮胎吊，其特征在于：在所述轮胎吊上还设置有远程/本地切换开关，当将所述远程/本地切换开关切换至远程状态时，通过司机室的控制器控制所述全速/怠速切换开关的状态；当切换所述远程/本地切换开关至本地状态时，通过柴油发电机组的控制屏控制所述全速/怠速切换开关的状态。

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