CN1049319A - 用于具有提升钢绳的起重器械上的、自供电力的使吊物旋转的驱动装置 - Google Patents

用于具有提升钢绳的起重器械上的、自供电力的使吊物旋转的驱动装置 Download PDF

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Abstract

本装置包括由几个绳索(25、26、27、28)和形成 滑轮组的多个滑轮(12、13)以及其相应的提升钢绳 (4)所组成的多个滑轮外壳(11)，能围绕垂直轴(14) 旋转的钩柱(15)及其吊钩(9)，以及用来带动钩柱 (15)转动的电机驱动装置(16)。其中，绕有钢绳的滑 轮组中的滑轮(13)用来带动一个发电机(35)，所发出 的电力储存在蓄电池(36)中，后者能向电机驱动装置 (16)提供所需的电力。

Description

用于具有提升钢绳的起重器械上的、 自供电力的使吊物旋转的驱动装置
本发明涉及一个能使吊物旋转的驱动装置，它是自供电力，适用于具有提升钢绳的起重器械，例如塔式起重机，移动式吊车、桥式起重机，龙门吊车等等。这种装置能使提升器械上正在装运的吊物作转角旋转。
大家知道一种类似的装置，它采用了安装在具有多个绳股的多个滑轮上的转环，也就是推力球轴承上的能旋转的具有钩柱的吊钩。
最通用的实施方式是在现场用手工办法将空载或装载的吊钩，在吊起或放下吊物的过程中进行转角转动。尽管采用了一些保护装置和预先采取安全措施，然而这种操作方式总是给操作者带来人身安全的威胁，因为人的手要接触移动中的物件，或者操作者本身总要靠近正进行装卸的吊物。
在一些已实施的方法中(看法国专利FR1229282)吊钩或吊具是通过电力装置带动旋转的，而且是从置于提升器械的操作岗位上遥控。对于具有水平吊臂的塔式起重机，它有组成滑轮组的移动小车和提升钢丝绳，而且有用于带动吊钩旋转的遥控的装有减速电机的滑轮外壳，用于驱动吊钩旋转的供电的和遥控的电缆都穿过安装在移动小车上的一个绕线器，依据吊臂上小车的位置和吊钩高度，该电缆在绕线器的滚筒上绕卷和退卷。在这一实施方法中存在两个难题，一个是上述的供电的和遥控的电缆必须具有足够的机械强度，另一个是当提升钢绳卷绕时必须防止供电的和遥控的电缆被剪切和受损坏。
德国公开专利DE3234395指出上述涉及供电的和遥控的电缆问题已得到解决，即可用安装在滑轮外壳上的电池向驱动吊钩旋转的电动机供电，并用无线电装置进行遥控。
为了最终能使上述电池不必由充电，人们一直设想驱动吊钩旋转的机电装置能利用自己的功能来自供电力。即在装卸过程中，尤其是在吊起和下放的运行过程中，利用在装置上的一个滑轮中相对移动着的提升钢丝绳的运行，使该机电装置可以自动产生、存储、补偿和更新所需的电力。荷兰专利申请NL7614360也建议过至少由一个液压泵带动的滑轮的机械传动装置，以及装有储罐的液压回路，该储罐可向带动吊物旋转的液压马达提供液压。然而，用液压实施的上述方法是太昂贵了，而且实际上它也只适用于装卸很重负载的提升器械上，例如用于装卸集装箱的港口起重机上。这种装置还存在一些如下所示的缺点：
——由于液压储罐容积有限，该装置的持续运行时间受到限制。
——考虑到其机械和液压装置，使整个装置过去庞大，这样，势必要减小吊物的重量以保护提升机的使用寿命。
——另外，还需要使用不同的能源，即用于遥控信号接受器所需的电能。
本发明可以克服上述缺点，即在采用钢绳的提升器上安装能使吊物旋转的机电装置，该装置能自供电力，也就是说，所提供的电力能同时确保驱动吊物转动的机电装置和接受遥控信号的装置的需要，上述提出的装置对于重量有限的物体具有较长的持续运转能力。
为此，本发明的装置包括由几个绳股和构成滑轮组的多个滑轮，以及至少一个相应的提升钢丝绳所组成的滑轮外壳，一个安装在滑轮外壳上能围绕垂直轴旋转的钩柱以及其吊钩或其它用于装卸的吊具，一个用于驱动钩柱围绕上述垂直轴转动的机电装置、一个旋转式发电机，该发电机是被滑轮壳外中的至少一个穿过有提升钢丝绳的滑轮所带动，以及发电机发出的电能的存储装置，该储能装置向驱动钩柱转动的机电装置提供电力，该滑轮壳体还包括用于接受遥控信号的辅助装置以及用于控制发电机和控制向机电装置供电的辅助装置，这种装置的主要特征是，用于向带动钩柱旋转的机电装置供电的发电机是一个电流发电机，其转子是被滑轮外壳内的一个或多个滑轮所带动而作机械转动的，而且其能量存储装置是电能储存器，而且用于带动钩柱旋转的机电装置是电力驱动装置，而且上述同一个电能储存器向接受遥控信号的装置提供电力，也向控制电流发电机和控制向机电装置供电的装置提供电力。
根据本发明可以实施完全由电力驱动的而且自供电力的能驱动吊物旋转的机电装置。
虽然，本发明的装置基本上可以向驱动钩柱旋转的机电装置提供电力，可要注意到，这种装置也可以提供其它的辅助功能，例如自动抓取重物，寻找重心等。完成上述操作时都不需要采用连接到滑轮外壳上的供电电缆。
根据本发明的其中之一最佳实施例，安装在滑轮外壳上的电流发电机是一个装有电桥整流器和调节器等附加装置的交流发电机，其中的转子被滑轮外壳内的高速运转着的滑轮所带动而转动，这种交流发电机向作为储存电能的装置，即至少一个蓄电池提供电能。当机电装置运转时，电马达得到连续供电，并且借助于减速器带动钩柱转动，用安装在滑轮外壳内的辅助电力和电子调节系统控制蓄电池向电马达的供电。由滑轮外壳内的高速转动的滑轮带动的交流发电机的转子，可以借助于行星齿轮系的转速倍增器进行高速转动。因此，可以以最小的尺寸使交流发电器以更快的速度旋转，从而达到最佳的发电效果。
根据一个专门的实施方案，得到连续供电的电马达可以借助于一个齿轮减速器带动钩柱旋转，上述减速器包括第一级的行星齿轮减速器和第二级的正齿轮减速器。
本发明装置的一另一个特征是，装有相对位置的传感器，例如绝对值编码器或放大值编码器，它们控制相对于滑轮外壳进行转动的钩柱的转角角度。另外，还装有一个用于控制转动的钩柱绝对定位的陀螺测速仪。当使用相对位置的传感器时，则是由转动编码器所组成，这个编码器被上述减速器中的第二级正齿轮传动副中与大齿轮啮合的小齿轮所带动而转动，而该大齿轮固定在旋转的钩住上。
至于旋转的钩住本身，它具有其它的特征，一方面，它的圆柱体形的上半部分放置在滑轮外壳内的推力球轴承上，而且其上面钻有一孔穴用于穿过来自集电器的电缆，用于向吊具和/或其它辅助装置提供来自电能储存器的电能。另一方面，置于滑轮外壳外的钩柱下半部用于支承吊具。从蓄电器可以容易地向其他可能存在的电力辅助装置提供电力。
不管怎样，可以用本文的附图以及说明书所涉及的不作为对本发明的限制的实施例更好地阐述本发明的用于具有提升钢丝绳的起重器械上的、自供电力的、使吊物旋转的机电装置，本文附图说明如下：
图1，安装有本发明装置的具有水平吊臂的塔式起重机；
图2、本发明装置整体侧视图；
图3、相对于图2的侧视图，该装置上部的平面图；
图4，包括其内部机构的该装置的简易图；
图5，该装置操作过程示意图。
如图1所示，本发明的装置以整体形式用符号1表示，它安装在具有提升钢丝绳的起重器械上，例如，图1中所示的具有水平吊臂3的塔式起重机2上，装置1借助于提升钢丝绳4悬挂在吊臂3上，从而在移动小车6和该装置1之间形成滑轮组5，提升钢绳4的一端固定在吊臂3的臂端7上，提升钢绳4的另一端绕卷在置于吊臂3的端尾上的绞盘8的卷绳筒上，在装置1下面悬挂一个可转动的吊钩或可转动的吊具9，在9上悬挂或固定住欲装卸的负载10。
参照图2和图3，装置1是具有4个绳索的通用的滑轮外壳11，其中两个滑轮12、13彼此相对称地安装在垂直轴线14两旁，钩柱15可以围绕垂直轴线14作旋转运动，其下部挂有吊钩或吊具9，电力驱动装置16是用来带动钩柱围绕垂直轴线14作旋转运动，如图箭头F所示。
滑轮外壳11上支承滑轮12，13的水平旋转轴17、18被固定在滑轮外壳11的两侧21，22上，并且钢板外壳19、20作保护。钢板外壳19、20的上部分有开口23，24，分别用于让两个绳索25，26进出滑轮12，另外的两个绳索27，28则从另一个滑轮13进出。
图4所示，机电装置16包括一个具有永久性磁铁的直流电动机29，其工作电压是24伏特，一个只有一个齿轮组的行星轮减速器30，其尺寸大小调节至使该对齿轮具有最小的惯性和一个具有正齿轮组的减速器31，它是用来带动钩柱15作旋转运动。
此外，在滑轮组5中，由于放置于原动绳索28一侧的滑动13的转速比放置在固定绳索25一侧的滑轮12的转速快两倍，滑轮13的轮毂32楔住在输入轴33上，该轴连接一个行星齿轮系构成的速度倍增器34和一个具有电桥整流器和调节器的交流发电机35，该发电机向一个或多个蓄电池36送电，这些辅助装置都安置在滑轮外壳11内。
本发明的装置还包括无线电遥控收发器37，以及电气与电子控制体系38。它们都是滑轮外壳11的辅助装置；一个转式集电器39用来把电能从装置1中固定部位转递到借助于电的功能进行转动的部件9、10、15上；一个相对位置传感器40，例如绝对值编码器或放大值编码器，它是用于控制钩柱15相对于滑轮外壳11的转角运动，和一个用于控制旋转钩柱15的绝对定位的陀螺测速仪41。
旋转钩柱15包括一圆柱体形的上半部42，它安置在滑轮外壳11的内部的推力球轴承43上，柱体内钻有孔44，用于穿过来自集电器39的电线，以便把电输给吊具9和其它专门辅助装置。钩柱15的下半部45是安置于滑轮外壳11的外部，用于连接吊具9。
相对位置传感器40，例如编码器，借助于小齿轮46而转动，小齿轮46与属于用于带动钩柱15转动的第二级正齿轮传动副31的齿轮47相啮合，齿轮47固定在钩柱15的上部42上。
本发明装置1的操作运行情况可以用图5表示：
当起吊起，即当滑轮外壳11上升或下降时，由于行星轮第速度倍增器34的作用，转速变得更快的滑轮13带动交流发电机35的转子转动，由于与定子的感应作用，使交流发电机产生三相交流电，用二极管的电桥整流器48整流上述感应电流，并用辅助调节器49调节感应电流。使电流维持在24伏特的电压，然后向一个或多个蓄电池36充电。
交流发电机35的运行保证了向一个或多个蓄电池36充电，这些电能充分满足各装置运行所需，而不用外部电源。尤其是，蓄电池36借助于电气与电子控制体系38能确保向具有永久性磁铁的直流电动机29提供电压为0～24伏的电流，用于带动负载或不负载状态下的钩柱15以及吊具9的转动。蓄电池36还可以通过集电器39向吊具9或其它的辅助装置供电。
用无线电方式，在操作人员所持的固定式无线电收发两用机50和装在滑轮外壳上的收发两用机37之间，向装置1传递控制信号。
依据操作人员的指令和编码程序，以及依据来自各种不同传感器的信息，例如，吊物的重量C，高度H以及提升机构的吊臂3的转角位置P等，在51处理控制信号，它们都是精确确定吊物10的转动和转角定位的重要参数。
安装在滑轮外壳上的无线电收发两用器37同样可以收到传感器40发出的信号，该传感器40能显示出旋转钩住15相对于滑轮外壳11的定位信号，收发两用器37也可收到陀螺测速仪41的信号，该陀螺测速仪可以以最后记录的方式显示出旋转钩柱15相对于传感器40的定位。
在电气与电子控制系统38中放大上述的控制信号以便依据转动时所需的速度及转矩向电动机29提供各种不同的电压及电流强度。
上述能使吊物转动的驱动装置是自供电的，提升钢绳4和装置1的相对运动可借助于交流发电机35产生电能，并存储于蓄电池36中，后者可向旋转钩柱15的驱动装置16供电。人们知道在正常使用提升机构时，上述的提升运动可使装置1生产和更新电能。由此，人们注意到，不仅滑轮外壳11的上升或下降运动，而且小车6沿着水平吊臂3的移动运动也可以用作生产电能。即使移动小车6的移动速度很慢，它可以和由上升、下降运动所形成的提升钢绳4的运动相一致，带动交流发电机35以更快的速度转动。
当然，上述的唯一涉及自供电的、可使吊物转动的驱动装置的实施方案并不造成对本发明的限制，相反，本发明还包括了与本发明原则相同的其实实施方案，它们没有超越本发明的范围。
——用其它的发电机，如直流发电机代替交流发电机35；
——用其它发电机的储能装置或元件代替蓄电池36；
——改进一些创造性特征，例如把相对位置传感器40放置于带动钩柱15转动的传动齿轮，或者滑轮13所带动的交流发电机35的起动装置；
——改进本发明的装置，使其具有各种不同的绳索和滑轮的滑轮外壳。
——把本发明的装置安装在不是塔式起重机的其它具有提升钢绳的起重器械上。

Claims (8)

1、用于具有钢绳的起重(提升)机构上的、自供电的、能带动吊物转动的驱动装置，该装置包括一个具有多个绳索(25、26、27、28)和多个滑轮(12、13)的滑轮外壳(11)，至少有一个提升钢绳(4)穿过上述滑轮，并组成滑轮组(5)；该装置还包括一个连接在滑轮外壳(11)上的可围绕垂直轴(14)转动的钩柱(15)，钩柱下部连接一个用于负载重物(10)的吊钩或其它吊具(9)；一个用于带动钩柱(15)围绕上述的轴线(14)转动(图中F箭头)的驱动装置(16)；由滑轮外壳(11)中的滑轮(13)所驱动的转式发电机(35)，其中提升钢绳(4)穿过滑轮(13)；还包括一些用于储存来自发电机(35)的电能存储装置(36)，用于向带动钩柱(15)转动的驱动装置(16)提供所需的电能，上述的滑轮外壳(11)还包括一些用于接收控制信号以及用于控制发电机(35)和控制向驱动装置(16)供电的辅助装置(37、38)，其特征是，用于向带动钩柱转动的驱动装置(16)供电的能源发生器是发电机(35)，其转子是被滑轮外壳(11)的滑轮(13)带动而作机械转动；另外，上述的能量存储装置是电能储存装置(36)；上述用于带动钩柱(15)转动的驱动装置是一个电机驱动装置(16)；上述相同的电能储存装置(36)也确保向用于接收控制信号和控制发电机(35)以及控制向电机驱动装置(16)供电的辅助装置(37、38)供电。
2、根据权利要求1所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是，安装在滑轮外壳(11)内的发电机是装有电桥整流器(48)和调节器(49)的交流发电机(35)，其转子被滑轮外壳(11)中转速很快的滑轮(13)所带动而旋转，该交流发电机(35)向至少一个用于储存电能的蓄电池(36)输电。
3、根据权利要求2所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是该驱动装置(16)包括一个直流电动机(29)，借助于减速器(30、31)可用来带动钩柱(15)转动，用安装在滑轮外壳(11)中的电气和电子调节系统(38)控制蓄电池(36)向电动机(29)的供电。
4、根据权利要求2或3所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是借助于速度倍增器(34)，最好是行星轮系型的速度倍增器，确保滑轮外壳(11)中的转速极快滑轮(13)带动交流发电机(35)的转子运转。
5、根据权利要求3所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是直流电机(29)可借助于齿轮减速器带动钩柱(15)转动，该减速器包括第一级行星轮系减速器(30)和第二级正齿轮传动副减速器(31)。
6、根据权利要求至5中任一权利要求所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是该装置包括一个相对位置传感器(40)，例如，绝对值编码器或放大值编码器，它用于控制旋转钩柱(15)相对滑轮外壳(11)的转角定位，还包括一个控制旋转钩柱(15)的绝对定位的陀螺测速仪(41)。
7、根据权利要求5、6之一所述的能带动吊物转动的驱动装置，其特征是该相对位置传感器是转式编码器(40)，它是被与减速器中的第二级正齿轮传动副(31)的齿轮(47)相啮合的小齿轮(46)所带动而旋转的，该减速器用来驱动钩柱(15)，而该齿轮(47)固定在旋转的钩柱(15)上。
8、根据权利要求1至7中任一条所术宾能带动吊物转动的驱动装置，其特征是，旋转钩柱(15)包括安装在滑轮外壳(11)内的推力球轴承(43)上的圆柱形的上半部分，圆柱体内钻有一个也(44)，孔内穿过来自集电器(39)的电线，用于把存储的电能输给吊具(9)和/或其它的辅助装置；还包括置于滑轮外壳(11)外部的钩柱的下部分(45)，用于连接吊具(9)。
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