CN104261293A - 四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统及换绳方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统及换绳方法，小车运行电机具有两个输出轴，两个输出轴分别通过离合装置与两个中间轴连接；两个中间轴通过联轴器分别与两个行星差动减速器连接；小车运行电机、抓斗起升电机和抓斗开闭电机均采用变频电机。本发明还公开了所述换绳系统的换绳方法：换绳系统在停止制动状态时，人工断开非换绳所需单动卷筒侧的离合装置，通过控制小车运行电机、抓斗起升电机/抓斗开闭电机的转速和旋转方向，利用行星差动减速器的差动原理，使设置在同一个行星差动减速器上的一个卷筒的合成转速为零，另一个卷筒以一定的合成转速旋转。本发明操作方便、换绳时间短且降低了成本。

Description

四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统及换绳方法

技术领域

本发明涉及抓斗卸船机领域，具体为一种四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统及换绳方法。

背景技术

随着港口机械的发展，四卷筒抓斗卸船机近些年几乎占有了所有新市场。卸船机钢丝绳是易损件，更换维护工作量较大。

为了更换钢丝绳，需要单动某一个卷筒，而保持其余卷筒不动，为了解决行星差动四卷筒抓斗卸船机四只卷筒单独动作的问题，通常是采用在每只卷筒上安装盘式制动器对卷筒固定，或者在卷筒盘上加工同心孔，通过销轴手动操作对卷筒固定，利用行星差动减速器多自由度原理实现某个卷筒单独动作。

以上两种方案，若采用盘式制动器，因在低速轴上，需要制动力矩较大，带来制动器采购成本较高，并且对空间需求大，间接使行星减速器中心距变大。若采用销轴固定，需要在卷筒尾部空间进行操作，但是，为了满足钢丝绳偏角需要，卸船机机型决定卷筒要尽量向中间靠近，这样，机构特性决定了其卷筒尾部空间很小，对销轴的手动操作困难，且换绳后长度调整时需要逐步调整，操作频繁，对人力消耗较大。

因此，开发出一种能省时省力地实现四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明针对现有技术中四卷筒抓斗卸船机实现卷筒单动换绳需要的成本高、对空间要求大、操作困难以及对人力消耗大的问题，研制一种四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统及换绳方法。本发明采用将小车运行电机设置在两行星差动减速器之间，并通过离合装置与二者相连；小车运行电机、抓斗起升电机和抓斗开闭电机均采用变频电机实现无级变频调速；通过控制小车运行电机、抓斗起升电机/抓斗开闭电机的转速和旋转方向，利用行星差动减速器的差动原理使安装在其上的两个卷筒速度不同，实现一个卷筒静止，另一个卷筒单动，即可实现卷筒单动换绳。

本发明的技术手段如下：

一种四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统，包括电控系统、小车运行电机、离合装置、中间轴、两个行星差动减速器、抓斗起升电机、抓斗开闭电机和四个卷筒；所述小车运行电机、抓斗起升电机和抓斗开闭电机均采用变频电机；所述行星差动减速器具有两个输入轴，其中一个输入轴连接小车运行电机，另一个输入轴连接抓斗起升电机/抓斗开闭电机，所述行星差动减速器具有两个行星包，行星包的行星架与卷筒刚性连接，带动卷筒转动；其特征在于：

所述小车运行电机具有两个输出轴，两个输出轴分别通过离合装置与两个中间轴连接；两个所述中间轴通过联轴器分别与两个行星差动减速器连接。

小车运行电机设置在两行星差动减速器之间，可通过断开一侧的离合装置，而不影响小车运行电机带动另一侧的行星差动减速器运行；小车运行电机、抓斗起升电机/抓斗开闭电机均采用变频电机，可实现无级变频调速；通过控制小车运行电机、抓斗起升电机/抓斗开闭电机的转速和旋转方向，利用行星差动减速器的差动原理使安装在其上的两个卷筒速度不同，实现一个卷筒相对静止，另一个卷筒单动，即可实现卷筒单动换绳。

进一步地，所述联轴器带有制动器。

进一步地，所述行星差动减速器为2K-H行星差动减速器。

一种上述四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统的换绳方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤1：换绳系统在停止制动状态时，人工断开非换绳所需单动卷筒侧的离合装置；

步骤2：若要单动抓斗起升电机侧的卷筒，电控系统打开抓斗起升电机侧的制动器，启动小车运行电机和抓斗起升电机，分别控制小车运行电机和抓斗起升电机以设定的转速和旋转方向运行；

若要单动抓斗开闭电机侧的卷筒，电控系统打开抓斗开闭电机侧的制动器，启动小车运行电机和抓斗开闭电机，分别控制小车运行电机和抓斗开闭电机以设定的转速和旋转方向运行；

所述小车运行电机、抓斗起升电机/抓斗开闭电机的转速和旋转方向的设定方法为：首先给需要单动的卷筒设定一个转速α，然后根据小车运行电机与两行星架的转速比及传动关系、抓斗起升电机/抓斗开闭电机与两行星架的转速比及传动关系，计算能够使所需单动卷筒的合成转速为α，而另一同侧卷筒合成转速为零时，小车运行电机与抓斗起升电机/抓斗开闭电机转速，同时确定小车运行电机与抓斗起升电机/抓斗开闭电机的旋转方向关系。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统显而易见的具有以下优点和效果：

1、不需要在每个卷筒上安装制动器，也不需要在卷筒盘上加工同心孔和利用销轴对卷筒固定，取消了通常设计需要的辅件，降低了成本。

2、解决了空间狭小，换绳操作困难的问题，操作方便。

3、换绳时间短，节约了维修时间，保障了卸船机的工作效率。

附图说明

图1为现有技术四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统布置示意图；

图2为本发明实施例四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统布置示意图；

图3为本发明实施例行星差动减速器结构图。

图中：1(1′)、小车运行电机，2(2′)、离合装置，3(3′)、行星差动减速器，31、太阳轮，32、行星架，33、卷筒输入轴，34、外齿圈，35、小车运行电机输入轴，36、抓斗起升/开闭电机输入轴，37、减速轴，4(4′)、抓斗起升电机，5(5′)、抓斗开闭电机，6(6′)、卷筒，7、中间轴，8、联轴器，9(9′)、制动器，10(10′)、卷筒座。

具体实施方式

现有技术中的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统如图1所示，小车运行电机1′设置在其中一个行星差动减速器3′的外侧，离合装置2′设置在另一个行星差动减速器3′的内侧。

如图2所示为本发明实施例的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统，包括电控系统、小车运行电机1、离合装置2、中间轴7、两个行星差动减速器3、抓斗起升电机4、抓斗开闭电机5和四个卷筒6；小车运行电机1设置在两行星差动减速器3之间，且小车运行电机1具有两个输出轴，两个输出轴分别通过离合装置2与两个中间轴7连接；两个中间轴7通过联轴器8分别与两行星差动减速器3连接，联轴器8上设置有制动器9。小车运行电机1两侧的各结构均对称设置。小车运行电机1、抓斗起升电机4和抓斗开闭电机5均采用变频电机，可实现无级变频调速。

图3示出了行星差动减速器结构图，行星差动减速器3包括小车运行电机输入轴35、抓斗起升/开闭电机输入轴36、中间轴7和两个相同的行星包；行星包包括太阳轮31、行星架32和外齿圈34，小车运行电机1通过一级圆柱齿轮减速传动将运动传递给减速轴37，减速轴37通过齿轮传动驱动左侧行星包的外齿圈34，左侧行星包的外齿圈34与右侧行星包的外齿圈34外啮合，行星包的行星架32与卷筒输入轴33刚性连接，卷筒6一端与卷筒输入轴33刚性连接，另一端支撑在卷筒座10上，即卷筒6随行星架32同步转动；抓斗起升电机4/抓斗开闭电机5与抓斗起升/开闭电机输入轴36刚性连接；中间轴7通过联轴器8与小车运行电机输入轴35连接。

由于小车运行电机1驱动两个外齿圈34向相反的方向旋转，而抓斗起升电机4/抓斗开闭电机5驱动两个太阳轮31向相同的方向旋转，如果小车运行电机1和抓斗起升电机4/抓斗开闭电机5同时运行，就会使设置在同一个行星差动减速器3上的两个卷筒输入轴33的旋转速度产生差异，即行星差动减速器的差动原理。

现有技术中，四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统的换绳方法为：

如图1所示，以更换3#卷筒6′上的钢丝绳为例：

换绳系统停止制动状态下，在4#卷筒6′和4#卷筒座10′处，人工先将锚定销插入同心孔中制动4#卷筒6′，人工手动断开离合装置2′，电控系统打开3﹟卷筒6′和4﹟卷筒6′侧的制动器9′，启动抓斗开闭电机5′，则行星差动减速器3′带动3#卷筒6′转动，此时4#卷筒6′被制动，3#卷筒6′可开始单动换绳。

本发明实施例实现卷筒单动换绳的操作如下：

如图2和图3所示，同样以更换3#卷筒6上的钢丝绳为例：

卷筒6与卷筒座10上不需要加工同心孔，也不需要设计制作锚定装置，在换绳系统停止制动状态下，人工手动断开1#卷筒6和2#卷筒6侧的离合装置2，电控系统打开3﹟卷筒6和4﹟卷筒6侧的制动器9，启动小车运行电机1和抓斗开闭电机5，分别控制小车运行电机1和抓斗开闭电机5以设定的转速和旋转方向运行。转速和旋转方向的设定通过小车运行电机1与两行星架32的转速比及传动关系、抓斗起升电机4/抓斗开闭电机5与两行星架32的转速比及传动关系计算确定。旋转方向根据收绳还是放绳的需要不同。

下面举例说明设定小车运行电机1和抓斗开闭电机5的转速，且确定小车运行电机1和抓斗开闭电机5的旋转方向的方法。

假设：使卷筒顺时针旋转为放绳需要，卷筒的转速为20r/min，即设定3﹟卷筒6以20r/min的合成转速顺时针旋转，4﹟卷筒6的合成转速为0时，3﹟卷筒单动换绳，根据图3中的行星差动减速器，3﹟卷筒6应与右侧的卷筒输入轴33刚性连接，4﹟卷筒6应与左侧的卷筒输入轴33刚性连接。

当使抓斗开闭电机5逆时针旋转，小车运行电机1制动不转时，两个行星包的太阳轮31都是顺时针旋转，两个行星包的外齿圈34固定不转，则此时两个行星包的行星架32均为顺时针旋转，即带动3﹟卷筒6和4﹟卷筒6顺时针旋转。

当使小车运行电机1顺时针旋转，抓斗开闭电机5制动不转时，减速轴37为逆时针旋转；右侧行星包的外齿圈34为顺时针旋转，太阳轮31固定不转，右侧行星包的行星架32也为顺时针旋转，即带动3﹟卷筒6顺时针旋转；左侧行星包的外齿圈34为逆时针旋转，左侧行星包的太阳轮31固定不动，则左侧行星包的行星架32为逆时针旋转，即带动4﹟卷筒6逆时针旋转。

假设抓斗开闭电机5与两行星包的行星架32的转速比为30，小车运行电机1与两行星包的行星架32的转速比为20。要使3﹟卷筒6以20r/min的合成转速顺时针旋转，4﹟卷筒6的合成转速为0，则3﹟卷筒6的合成转速为两个10r/min顺时针转速的叠加，4﹟卷筒6的合成转速为一个10r/min顺时针转速和一个10r/min逆时针转速的叠加，根据上述分析可知，只需同时控制抓斗开闭电机5以300r/min的转速逆时针方向旋转，同时控制小车运行电机1以200r/min的转速顺时针旋转，即可实现3﹟卷筒6的合成转速为20r/min，旋转方向为顺时针，即所需要的“单动”；4﹟卷筒6的合成转速为零，即所需要的“静止”。

这样可得到使4#卷筒6合成转速为零时，抓斗开闭电机5和小车运行电机1的转速比为3:2。给3﹟卷筒6设定一个所需转速，即可计算出所需抓斗开闭电机5和小车运行电机1的转速和旋转方向。

3#卷筒6单独旋转时，3#卷筒6上的钢丝绳经地面卷扬及导向装置等，可进行更换，不影响其它卷筒缠绕。

如3#卷筒6上的钢丝绳需要收绳，且设定3#卷筒6转速仍为20r/min，旋转方向为逆时针，则使抓斗开闭电机5以300r/min顺时针旋转，小车运行电机1以200r/min逆时针旋转即可。

如4﹟卷筒6上钢丝绳需要放绳，且设定4﹟卷筒6转速也为20r/min，旋转方向为顺时针，则只需使抓斗开闭电机5以300r/min顺时针旋转，小车运行电机1以200r/min顺时针旋转即可。

同理：如4#卷筒6上的钢丝绳需要收绳，且设定4﹟卷筒6转速仍为20r/min，旋转方向为逆时针，则使抓斗开闭电机5以300r/min逆时针旋转，小车运行电机1以200r/min逆时针旋转即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统，包括电控系统、小车运行电机(1)、离合装置(2)、中间轴(7)、两个行星差动减速器(3)、抓斗起升电机(4)、抓斗开闭电机(5)和四个卷筒(6)；所述小车运行电机(1)、抓斗起升电机(4)和抓斗开闭电机(5)均采用变频电机；所述行星差动减速器(3)具有两个输入轴，其中一个输入轴连接小车运行电机(1)，另一个输入轴连接抓斗起升电机(4)/抓斗开闭电机(5)，所述行星差动减速器(3)具有两个行星包，行星包的行星架(32)与卷筒(6)刚性连接，带动卷筒(6)转动；其特征在于：

所述小车运行电机(1)具有两个输出轴，两个输出轴分别通过离合装置(2)与两个中间轴(7)连接；两个所述中间轴(7)通过联轴器(8)分别与两个行星差动减速器(3)连接。

2.根据权利要求1所述的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统，其特征在于：所述联轴器(8)带有制动器(9)。

3.根据权利要求1所述的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统，其特征在于：所述行星差动减速器(3)为2K-H行星差动减速器。

4.一种根据权利要求1至3任一项所述的四卷筒抓斗卸船机卷筒单动换绳系统的换绳方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤1：换绳系统在停止制动状态时，人工断开非换绳所需单动卷筒(6)侧的离合装置(2)；

步骤2：若要单动抓斗起升电机(4)侧的卷筒(6)，电控系统打开抓斗起升电机(4)侧的制动器(9)，启动小车运行电机(1)和抓斗起升电机(4)，分别控制小车运行电机(1)和抓斗起升电机(4)以设定的转速和旋转方向运行；

若要单动抓斗开闭电机(5)侧的卷筒(6)，电控系统打开抓斗开闭电机(5)侧的制动器(9)，启动小车运行电机(1)和抓斗开闭电机(5)，分别控制小车运行电机(1)和抓斗开闭电机(5)以设定的转速和旋转方向运行；

所述小车运行电机(1)、抓斗起升电机(4)/抓斗开闭电机(5)的转速和旋转方向的设定方法为：首先给需要单动的卷筒(6)设定一个转速α，然后根据小车运行电机(1)与两行星架(32)的转速比及传动关系、抓斗起升电机(4)/抓斗开闭电机(5)与两行星架(32)的转速比及传动关系，计算能够使所需单动卷筒(6)的合成转速为α，而另一同侧卷筒(6)合成转度为零时，小车运行电机(1)与抓斗起升电机(4)/抓斗开闭电机(5)转速，同时确定小车运行电机(1)与抓斗起升电机(4)/抓斗开闭电机(5)的旋转方向关系。