CN103350962A - 塔机及塔机的平衡力矩的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔机及塔机的平衡力矩的调整方法。所述塔机包括塔身、旋转塔柱、起重臂、平衡臂和设置在所述平衡臂上的配重，所述调整方法包括：获取所述塔机的起重力矩；根据所述起重力矩，确定所述塔机的目标平衡力矩；根据所述目标平衡力矩，确定所述配重在所述平衡臂上的目标位置；将所述配重移动到所述目标位置。根据本发明的技术方案，通过获取塔机的起重力矩，进而确定塔机所需的目标平衡力矩，然后将配重调整到相应目标位置，与现有技术相比，由于能够适时调整塔机的平衡力矩，改善了塔机的受力状态，有利于延长塔机的使用寿命，并减少施工安全隐患。

Description

塔机及塔机的平衡力矩的调整方法

技术领域

本发明涉及塔式起重机领域，尤其涉及塔机及塔机的平衡力矩的调整方法。

背景技术

塔式起重机（简称塔机，以下同）广泛用于建筑施工的吊装作业，其包括塔身、塔顶、起重臂、平衡臂和配重等组成部分，其中，起重臂、平衡臂分别与塔身上部的两侧对称铰接，在平衡臂的远端固定有配重，靠配重产生的弯矩平衡起重臂工作时的弯矩，从而使塔机整体处于平衡状态，改善塔身的受力情况。

目前，因为配重在平衡臂上的位置固定不动，所以平衡臂提供的弯矩也是保持不变的。而在实际工作中，由于吊重和吊位不同，起重臂的弯矩也会随时变化，这导致塔机两侧弯矩并不能始终保持平衡，反而会使塔身处于承受交变应力的状态中，长期的应力作用会给塔身造成不利影响，减少塔身使用寿命，给施工安全带来隐患。因此，有必要针对现有技术中存在的上述缺陷进行改进。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种塔机及塔机的平衡力矩的调整方法，由此，可以调整塔机的平衡力矩，改善塔机的受力状况。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种塔机的平衡力矩的调整方法，所述塔机包括塔身、旋转塔柱、起重臂、平衡臂和设置在所述平衡臂上的配重，所述调整方法包括：获取所述塔机的起重力矩；根据所述起重力矩，确定所述塔机的目标平衡力矩；根据所述目标平衡力矩，确定所述配重在所述平衡臂上的目标位置；将所述配重移动到所述目标位置。

进一步地，所述起重力矩为所述塔机的吊重力矩和所述起重臂的自重力矩之和，并且，所述起重臂的自重力矩等于所述起重臂的重量和所述起重臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

进一步地，所述塔机还包括设置在所述起重臂上的变幅小车，其中，所述调整方法还包括；测量所述变幅小车的起升重量；测量所述变幅小车的变幅幅度；根据所述起升重量和变幅幅度，计算所述塔机的吊重力矩。

进一步地，通过起重量测量仪测量所述起升重量，通过拉线盒式长度仪测量所述变幅幅度，所述塔机的吊重力矩等于所述起升重量和变幅幅度的乘积。

进一步地，所述目标平衡力矩等于所述起重力矩。

进一步地，所述目标平衡力矩与所述起重力矩之差的绝对值小于预定值。

进一步地，所述目标平衡力矩为所述塔机的配重力矩和所述平衡臂的自重力矩之和；其中，所述平衡臂的自重力矩等于所述平衡臂的重量和所述平衡臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积；所述塔机的配重力矩为所述配重的重量和所述目标位置与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

根据本发明的第二个方面，提供了一种塔机，包括塔身、起重臂、平衡臂和设置在所述平衡臂上的配重，其特征在于，所述塔机还包括：起重力矩测量装置，用于测量所述塔机的起重力矩；控制单元，用于根据所述起重力矩确定所述塔机的目标平衡力矩，并根据所述目标平衡力矩确定所述配重在所述平衡臂上的目标位置；平衡幅度调整装置，将所述配重移动到所述目标位置。

进一步地，所述塔机还包括设置在所述起重臂上的变幅小车，所述起重力矩测量装置包括：起升重量测量装置，用于测量所述变幅小车的起升重量，并将测量结果输出到所述控制单元；变幅幅度测量装置，用于测量所述变幅小车的变幅幅度，并将测量结果输出到所述控制单元；其中，所述控制单元根据所述起升重量和变幅幅度的乘积，获得所述塔机的吊重力矩，并根据所述塔机的吊重力矩和所述起重臂的自重力矩之和，获得所述起重力矩；所述起重臂的自重力矩等于所述起重臂的重量和所述起重臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

进一步地，所述塔机还包括起升机构、起升钢丝绳和吊钩；所述起升重量测量装置为设置于所述起重臂上的起升重量测量仪，所述起升钢丝绳从所述起升机构引出，并依次穿过所述起升重量测量仪、所述变幅小车和所述吊钩，最后到达所述起重臂的臂尖。

进一步地，所述变幅幅度测量装置为拉线盒式长度仪，所述拉线盒式长度仪包括拉线盒和拉线，所述拉线盒设置于所述塔身上，所述拉线的伸出端固定在所述变幅小车上。

进一步地，所述平衡幅度调整装置包括：移动装置，沿着所述平衡臂的纵向可移动地设置在所述平衡臂上以移动所述配重的位置；牵引装置，用于根据所述控制单元的指示驱动所述移动装置；其中，所述控制单元根据所述起重力矩计算所述目标平衡力矩，使得所述目标平衡力矩等于所述起重力矩，或者所述目标平衡力矩与所述起重力矩之差的绝对值小于预定值；所述控制单元根据所述目标平衡力矩和所述平衡臂的自重力矩，获得所述塔机的配重力矩，并确定所述目标位置；所述平衡臂的自重力矩等于所述平衡臂的重量和所述平衡臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积；所述塔机的配重力矩为所述配重的重量和所述目标位置与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

进一步地，所述移动装置包括：主体，用于支撑并保持所述配重，并包括分别位于两侧的多个三角板、分别位于两端的挡板；多个滚轮，设置在所述主体下部；其中，所述配重臂的上表面设置有多条相互平行的轨道，所述多个滚轮分为多排，分别与所述轨道配合。

进一步地，所述滚轮从所述主体下部的伸出部分的长度小于所述滚轮的半径。

进一步地，所述滚轮上设置有锁止装置。

进一步地，所述牵引装置采用液压驱动装置或卷扬驱动装置。

进一步地，所述卷扬驱动装置包括：卷扬机，设置在所述平衡臂上；第一拉绳，从所述卷扬机中伸出，所述第一拉绳的伸出端连接至所述移动装置的靠近所述卷扬机的一端；第二拉绳，通过多个滑轮从所述卷扬机中伸出，所述第二拉绳的伸出端连接至所述移动装置的远离所述卷扬机的一端。

根据本发明的技术方案，通过获取塔机的起重力矩，进而确定塔机所需的目标平衡力矩，然后将配重调整到相应目标位置，与现有技术相比，由于能够适时调整塔机的平衡力矩，改善了塔机的受力状态，有利于延长塔机的使用寿命，并减少施工安全隐患。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的塔机的结构示意图；

图2是本发明的部分平衡臂的俯视图；

图3是本发明的部分平衡臂的正视图；

图4是图2中沿A-A线的剖视图；

图5是本发明的移动装置的正视图；

图6是本发明的卷扬驱动装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明的各个实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明的塔机的结构示意图，如图1所示，塔机包括塔身10、位于塔身10上部的旋转塔柱11、起重臂20、平衡臂30、配重40、变幅小车50和吊车60等部件，其中，吊车60用于起吊吊重，变幅小车50用于改变吊重的吊位。并且，起升机构21设置在平衡臂上，起升钢丝绳22从起升机构21中引出，依次穿过变幅小车50和吊车60，最后达到起重臂20的臂尖。

为了测量塔机的起重力矩，并确保塔机处于安全的工作状态，在该塔机上还设置有控制单元和起重力矩测量装置，该起重力矩测量装置包括起升重量测量装置和变幅幅度测量装置。其中，起升重量测量装置和变幅幅度测量装置分别与控制单元之间保持通讯连接，起升重量测量装置测量塔机的起升重量、并将测量结果输出到控制单元，变幅幅度测量装置测量塔机的变幅小车的变幅幅度、并将测量结果输出到控制单元，控制单元根据收集的数据计算出塔机的起重力矩。

在本实施例中，采用微处理器作为控制单元。为了测量塔机的即时起升重量，在塔机的起重臂20上设置了起升重量测量仪23。起升钢丝绳22从起升机构21中引出时，首先穿过起升重量测量仪23，再依次穿过变幅小车50和吊车60，最后达到起重臂20的臂尖。起升重量测量仪23是一个电子测量仪，其构成了起升重量测量装置，其通过测量起升钢丝绳22的拉力，从而测量出塔机在每一个时刻的起升重量，然后将相应的电信号输出给微处理器。

在本实施例中，采用拉线盒式长度仪作为变幅幅度测量装置，其包括拉线盒24和拉线25。参照图1，拉线盒24安装在塔身10的顶部或者塔头上，拉线25从拉线盒24中引出，拉线25的伸出端固定在变幅小车50上。当变幅小车50在起重臂20上移动时，就会带动着拉线25一起移动，由此可以测量出变幅小车50的变幅幅度，然后拉线盒式长度仪将相应的电信号输出给微处理器。

这样，根据本实施例的上述起重力矩测量装置，起升重量测量仪测得变幅小车即塔机的起升重量，拉线盒式长度仪测得变幅小车的变幅幅度，它们分别将测量结果输出到微处理器，微处理器根据公式：吊重力矩=变幅小车的变幅幅度×起升重量。吊重力矩加上起重臂的自重力矩，就可以计算出塔机每时每刻的起重力矩。其中，起重臂的自重力矩即起重臂自身重量所产生的力矩，其等于起重臂的重量与起重臂的重心与旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离之积。起重臂的自重力矩，通常在设立该塔机时已经预先测得。

图2是本发明的部分平衡臂的俯视图，图3是本发明的部分平衡臂的正视图，图4是图2中沿A-A线的剖视图。如图2和3所示，在平衡臂30上设置有可以左右移动的移动装置32，该移动装置用于承载配重40。由于移动装置32占据了原本可以用作检修平台的平衡臂30的上表面，为此，可以在平衡臂30的一侧，单独设置一个检修平台31，供作业人员行走和进行检修操作。当然，也可以在平衡臂30的两侧均设置检修平台。

参照图3和图4，移动装置32具有多个滚轮321，平衡臂30的上表面形成有沿所述平衡臂的纵向延伸的导轨301，滚轮321与导轨301相互配合，使得移动装置32可以在平衡臂30上沿着平衡臂30的纵向移动。

可以设计成移动装置32仅在平衡臂30的纵向上的部分区域内移动，从而避免移动装置32与平衡臂30上原有的设备（例如起升机构21）相互干涉，也避免移动装置32带着沉重的配重40移动过远的距离。在所述区域的两端，可以设置缓冲装置33，其包括挡板和缓冲垫，作为安全装置，可以防止移动装置32从该区域脱出，进而脱出平衡臂，造成安全事故。

图5是本发明的移动装置的正视图，如图5所示，移动装置32包括主体320、多个三角板322、两个配重挡板323和多个滚轮321。其中，主体320作为移动装置32的主要部分，用于承载配重40的重量。多个三角板322位于主体320两侧，两个配重挡板323分别位于主体320端部。结合图3可知，依靠移动装置32上的多个三角板322和两个配重挡板323，移动装置32可以对配重40形成稳定的夹持，保证在移动过程中，配重40不会产生摇摆或碰撞。多个滚轮321位于主体320下部，用于支撑移动装置32并与前述导轨301配合以改变移动装置32的位置。

根据实际需要，平衡臂30的上表面可以设置多条相互平行的轨道，相应地，移动装置32的下部也可以设置多排与所述轨道配合的滚轮。

滚轮321因为长期与轨道301接触，且配重40本身的重量较重，使用过程中的磨损会非常严重，故建议采用耐磨铸铁制成滚轮321，或对滚轮321进行适当的耐磨处理。同理，轨道301也可以采用类似材料或进行类似耐磨处理，但其耐磨性能最好高于滚轮的耐磨性能，以减小轨道301的磨损，更好地保护平衡臂30。

因为配重40较重，为防止意外情况发生，滚轮321从主体320的下部伸出的部分应适当减少，例如小于滚轮321的半径，这样即使滚轮321因不堪重负而发生断裂，移动装置32的整体下降量小，也不会对轨道301产生太大冲击，从而确保了安全。

考虑到平衡臂的结构强度，配重可以选择上置式或者悬挂式，或者本领域中其他各种配置方式。

图6是本发明的卷扬驱动装置的示意图，如图6所示，本实施例中采用卷扬驱动装置作为改变移动装置32位置的牵引装置。该卷扬驱动装置包括卷扬机35、第一拉绳36、第二拉绳37和多个滑轮38。第一拉绳36的伸出端连接在移动装置32的靠近卷扬机35的端部上，第二拉绳37的伸出端连接在移动装置32的远离卷扬机35的另一个端部上，并且，第二拉绳37通过多个滑轮38回到卷扬机35。滑轮38可以安装在合适的位置，例如图6所示，从而便于改变第二拉绳37的方向，使其最终能够回到卷扬机35中。

通过这种双向出绳方式，当需要驱动移动装置32朝着图6的右方移动时，卷扬机35可以收回第一拉绳36，同时任由第二拉绳37从卷扬机35中放出，从而拉拽移动装置32向右方移动。当需要驱动移动装置32朝着图6的左方移动时，卷扬机35可以收回第二拉绳37，同时任由第一拉绳36从卷扬机35中放出，从而拉拽移动装置32向左方移动。

除了采用卷扬驱动装置之外，还可以采用液压驱动装置作为牵引装置。此时，液压驱动装置可以包括油缸和液压泵等，通过控制油缸的可伸缩部件的伸出量，就可以改变移动装置在平衡臂上的位置。

根据本发明实施例的上述内容，通过起重力矩测量装置获取塔机的起重力矩（起重力矩=起重臂的自重力矩+吊重力矩），然后，控制单元计算此时所需的目标平衡力矩，同时根据公式：目标平衡力矩=配重力矩+平衡臂的自重力矩，计算配重力矩。其中，平衡臂的自重力矩即平衡臂自身重量所产生的力矩，其等于平衡臂的重量与平衡臂的重心与旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离之积。

然后，根据公式：配重力矩=平衡幅度×配重重量，计算出平衡幅度。平衡幅度为配重的重心与旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离，由此，可以确定配重在平衡臂上的目标位置。也即，配重力矩为配重的重量和目标位置与旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。接下来，控制单元控制平衡幅度调整装置中的牵引装置动作，驱动平衡幅度调整装置中的移动装置将配重移动到目标位置，从而得到相应的目标平衡力矩。

优选地，在上述控制过程中，起重力矩等于目标平衡力矩，一旦起重力矩发生变化，控制单元立刻控制平衡幅度调整装置，调整目标平衡力矩等于起重力矩，从而实现塔机两侧的力矩始终保持即时平衡。

考虑到电气系统的成本与实际运用的需求，也可以不要求目标平衡力矩始终等于起重力矩，而是将目标平衡力矩分为若干个档位，当选择其中一个档位，使得目标平衡力矩与起重力矩之差的绝对值小于一个预定值时，表明此时塔机两侧的力矩差处于一个限定的范围内，也能够在一定程度上改善塔机的受力状态。在配重重量保持不变的情况下，目标平衡力矩分为若干个档位，也就意味着配重的目标位置为若干个，从而降低了平衡幅度调整装置的控制难度，适当减小了电气系统的控制成本。

相应的，也可以将起重力矩分为若干个档位，或者将起重力矩和目标平衡力矩都分为若干个档位，此时，如前所述，只要保证目标平衡力矩与起重力矩之差的绝对值小于一个预定值，就可以在一定程度上改善塔机的受力状态，同时又能降低对起升力矩测量装置或平衡幅度调整装置的要求，从而兼顾改善塔机受力状况和减小塔机整体成本。所述预定值可以根据塔机的受力状态和控制要求，预先进行标定。

前面根据实施例描述了本发明的塔机及塔机的平衡力矩的调整方法，但该塔机并不仅限于所述实施例中所述的部件和/或连接关系，该方法也不限于所述实施中的步骤和/或具体方式，例如，起重力矩、吊重力矩、起升重量或变幅幅度的测量并不限于直接或间接地根据变幅小车进行，也不限于采用该实施例中的特定设备，而是可以采用本领域技术人员能够想到的各种方式及其设备；目标平衡力矩的改变也不限于实施例中的方式，而是可以在本申请提供的构思的基础上，采用各种各样可以实现的方式；配重可以采用上置式、悬挂式或其他配重方式，相应地，移动装置也可以采用滚动、滑动或其他运动方式，牵引装置可以采用液压、卷扬或其他驱动方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种塔机的平衡力矩的调整方法，所述塔机包括塔身、旋转塔柱、起重臂、平衡臂和设置在所述平衡臂上的配重，其特征在于，所述调整方法包括：

获取所述塔机的起重力矩；

根据所述起重力矩，确定所述塔机的目标平衡力矩；

根据所述目标平衡力矩，确定所述配重在所述平衡臂上的目标位置；

将所述配重移动到所述目标位置。

2.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述起重力矩为所述塔机的吊重力矩和所述起重臂的自重力矩之和，并且，所述起重臂的自重力矩等于所述起重臂的重量和所述起重臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

3.根据权利要求2所述的调整方法，其特征在于，所述塔机还包括设置在所述起重臂上的变幅小车，其中，所述调整方法还包括；

测量所述变幅小车的起升重量；

测量所述变幅小车的变幅幅度；

根据所述起升重量和变幅幅度，计算所述塔机的吊重力矩。

4.根据权利要求3所述的调整方法，其特征在于，通过起重量测量仪测量所述起升重量，通过拉线盒式长度仪测量所述变幅幅度，所述塔机的吊重力矩等于所述起升重量和变幅幅度的乘积。

5.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述目标平衡力矩等于所述起重力矩。

6.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，所述目标平衡力矩与所述起重力矩之差的绝对值小于预定值。

7.根据权利要求4或5所述的调整方法，其特征在于，所述目标平衡力矩为所述塔机的配重力矩和所述平衡臂的自重力矩之和；其中，所述平衡臂的自重力矩等于所述平衡臂的重量和所述平衡臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积；所述塔机的配重力矩为所述配重的重量和所述目标位置与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

8.一种塔机，包括塔身、旋转塔柱、起重臂、平衡臂和设置在所述平衡臂上的配重，其特征在于，所述塔机还包括：

起重力矩测量装置，用于获得所述塔机的起重力矩；

控制单元，用于根据所述起重力矩确定所述塔机的目标平衡力矩，并根据所述目标平衡力矩确定所述配重在所述平衡臂上的目标位置；

平衡幅度调整装置，将所述配重移动到所述目标位置。

9.根据权利要求8所述的塔机，其特征在于，所述塔机还包括设置在所述起重臂上的变幅小车，所述起重力矩测量装置包括：

起升重量测量装置，用于测量所述变幅小车的起升重量，并将测量结果输出到所述控制单元；

变幅幅度测量装置，用于测量所述变幅小车的变幅幅度，并将测量结果输出到所述控制单元；

其中，所述控制单元根据所述起升重量和变幅幅度的乘积，获得所述塔机的吊重力矩，并根据所述塔机的吊重力矩和所述起重臂的自重力矩之和，获得所述起重力矩；所述起重臂的自重力矩等于所述起重臂的重量和所述起重臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

10.根据权利要求9所述的塔机，其特征在于，所述塔机还包括起升机构、起升钢丝绳和吊钩；所述起升重量测量装置为设置于所述起重臂上的起升重量测量仪，所述起升钢丝绳从所述起升机构引出，并依次穿过所述起升重量测量仪、所述变幅小车和所述吊钩，最后到达所述起重臂的臂尖。

11.根据权利要求9所述的塔机，其特征在于，所述变幅幅度测量装置为拉线盒式长度仪，所述拉线盒式长度仪包括拉线盒和拉线，所述拉线盒设置于所述塔身上，所述拉线的伸出端固定在所述变幅小车上。

12.根据权利要求8所述的塔机，其特征在于，所述平衡幅度调整装置包括：

移动装置，沿着所述平衡臂的纵向可移动地设置在所述平衡臂上以移动所述配重的位置；

牵引装置，用于根据所述控制单元的指示驱动所述移动装置至目标位置；

其中，所述控制单元根据所述起重力矩计算所述目标平衡力矩，使得所述目标平衡力矩等于所述起重力矩，或者所述目标平衡力矩与所述起重力矩之差的绝对值小于预定值；

并且，所述控制单元根据所述目标平衡力矩和所述平衡臂的自重力矩，获得所述塔机的配重力矩，并确定所述目标位置；所述平衡臂的自重力矩等于所述平衡臂的重量和所述平衡臂的重心与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积；所述塔机的配重力矩为所述配重的重量和所述目标位置与所述旋转塔柱的旋转轴线之间的垂直距离的乘积。

13.根据权利要求12所述的塔机，其特征在于，所述移动装置包括：

主体，用于支撑并保持所述配重，并包括分别位于两侧的多个三角板、分别位于两端的挡板；

多个滚轮，设置在所述主体下部；

其中，所述配重臂的上表面设置有多条相互平行的轨道，所述多个滚轮分为多排，分别与所述轨道配合。

14.根据权利要求13所述的塔机，其特征在于，所述滚轮从所述主体下部的伸出部分的长度小于所述滚轮的半径。

15.根据权利要求13或14所述的塔机，其特征在于，所述滚轮上设置有锁止装置。

16.根据权利要求12所述的塔机，其特征在于，所述牵引装置采用液压驱动装置或卷扬驱动装置。

17.根据权利要求16所述的塔机，其特征在于，所述卷扬驱动装置包括：

卷扬机，设置在所述平衡臂上；

第一拉绳，从所述卷扬机中伸出，所述第一拉绳的伸出端连接至所述移动装置的靠近所述卷扬机的一端；

第二拉绳，通过多个滑轮从所述卷扬机中伸出，所述第二拉绳的伸出端连接至所述移动装置的远离所述卷扬机的一端。

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