CN105174075A - 势能起重机 - Google Patents

Abstract

势能起重机，采用平衡锤与起吊物件自动平衡的技术方案，取物装置由起吊绳经过起吊端定滑轮（传动轮）与驱动装置连接，传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴连接，平衡锤传动装置输入轴滑轮以钢丝绳与平衡锤连接。在需要起吊物件起升时，控制平衡锤传动装置调整传动比由零开始逐渐加大，达到一定程度时，起吊物件开始起升，自动停止调整，操作驱动装置提供拉力使起吊物件加速起升至需要的高度，其后操作按对应目前公知起重机的操作流程，在需要起吊物件降落时，控制平衡锤传动装置调整传动比逐渐减少至起吊物件降落速度达到需要值后停止，操作驱动装置提供拉力控制降落速度，本发明的势能起重机在一定范围内不需要为起吊物件起升做功，节能省电。

Description

势能起重机

技术领域

本发明涉及一种起重机，起重机指所有带起升机构的起重设备。

背景技术

起重机主要有轻型起重设备、桥式起重机、门式起重机和臂架类型起重机。目前公知的起重机包括取物装置（吊钩，吸盘等）、起吊绳（一般为钢丝绳）、起吊端定滑轮及驱动装置（一般为卷扬机），取物装置由起吊绳经过起吊端定滑轮与驱动装置连接，驱动装置提供动力牵引起吊绳使得起吊物件（包括取物装置及所取物件，下同）起升或降落，因此，目前公知的起重机驱动装置需要为起吊物件的全部重量起升作功，不节能。

发明内容

为了减少起重机驱动装置为起吊物件起升作功，达到节能的目的，本发明在起重机中加入平衡锤及平衡锤传动装置，采用了平衡锤与起吊物件自动平衡的技术方案，因为有平衡锤传动装置，平衡锤重量可以是额定起吊重量的数倍。取物装置由起吊绳经过起吊端定滑轮与驱动装置连接，设起吊端定滑轮、驱动装置内轮（卷筒）或两者间由起吊绳卷绕的其它滑轮（如导向轮等）之一为传动轮（下同），传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴连接，平衡锤传动装置输入轴滑轮以钢丝绳与平衡锤连接，所述传动装置指无级或有级（跳挡）调整传动比的传动装置，所述传动比指传动装置输入轴滑轮与传动轮角速度的比值，为了便于理解技术方案，设传动装置输入轴滑轮与传动轮的节轮半径相等。起吊前，平衡锤传动装置抱闸，传动比归零，在需要起吊物件起升时，控制平衡锤传动装置制动器松闸并调整传动比由零开始逐渐加大，设起吊物件重量为P1，平衡锤重量为P2，则当传动比达到P1/P2时，起吊物件与平衡锤达到平衡，当传动比超过P1/P2一定程度，起吊物件开始起升，控制平衡锤传动装置停止调整传动比（在一定情况下也可以调整传动比来控制起吊物件起升及降落全过程），接着控制驱动装置提供牵引力使得起吊物件加速起升至需要的高度，理论上驱动装置的牵引力只为起吊物件起升的加速度做功，平衡锤传动装置制动器抱闸并调整传动比适当回调（调小）以避免松闸时起吊物件起升，其后操作按对应目前公知起重机的操作流程，在需要起吊物件降落时，控制平衡锤传动装置制动器松闸并调整传动比逐渐减少至起吊物件降落速度达到需要值后停止，控制驱动装置提供拉力控制降落速度，起吊物件落地时平衡锤传动装置抱闸，传动比归零，完成一段流程。如果起吊一批相同重量的物件，则传动比无需归零，从第二段流程开始，在需要起吊物件起升时控制平衡锤传动装置制动器松闸，起吊物件落地时控制平衡锤传动装置抱闸，其余操作按对应目前公知起重机的操作流程，对应目前公知起重机的操作流程指带有本发明内容的每一种目前公知起重机在不带有本发明内容之前的操作流程。本发明可以减少起重机驱动装置为起吊物件起升作功，节能省电。

附图说明

图1是平衡锤传动装置（5）输出轴与起吊端定滑轮（7）轴同轴连接的起重机立面图

图2是平衡锤传动装置（5）输出轴与导向轮（9）轴传动连接的起重机立面图

图3是平衡锤传动装置内置于驱动装置（4）与驱动装置（4）合并，内置于驱动装置（4）的平衡锤传动装置输出轴与起吊端定滑轮（7）轴同轴连接的起重机立面图

图4是平衡锤传动装置内置于驱动装置（4）与驱动装置（4）合并，内置于驱动装置（4）的平衡锤传动装置输出轴与导向轮（9）轴传动连接的起重机立面图

图中：1.主令控制器2.其它起重机机电设备3.起吊物件4.驱动装置5.平衡锤传动装置6.平衡锤7.起吊端定滑轮8.配重9.导向轮10.补偿绳11.上部平衡锤限行区域线12.下部平衡锤限行区域线13.弹力张紧器14.位置传感器。

具体实施方式

实施方式一：在图1和图2中，起吊物件（3）以起吊绳经过起吊端定滑轮（7）及弹力张紧器（13）、导向轮（9）与驱动装置（4）连接，设起吊端定滑轮、驱动装置内置轮（卷筒）或两者间由起吊绳卷绕的其它滑轮（如导向轮等）之一为传动轮（下同），传动轮轴与平衡锤传动装置（5）输出轴同轴连接（传动连接也能得到相同或相近的效果，包括摩擦传动和啮合传动），平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮以钢丝绳与平衡锤（6）连接，所述平衡锤传动装置（5）使用无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission)的现有无级传动技术调整传动比（如果使用跳挡有级传动也可以得到近似的效果），所述传动比指平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮与传动轮角速度的比值，为了便于理解技术方案，设平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮与传动轮的节轮半径相等。主令控制器（1）与驱动装置（4）及平衡锤传动装置（5）有线连接，与位置传感器（14）无线连接。配重（8）是为了使牵引平衡锤（6）的钢丝绳与其复绕平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮的摩擦力能够达到安全指标而设置，以钢丝绳与平衡锤（6）连接，其重量根据绳槽形状及绳槽材料按各国各地的相关安全标准由公知的计算方式求得，上部平衡锤限行区域线（11）指该线以上为上部平衡锤限行区，该线由计算求得其位置，为了便于理解技术方案，下面再详述其复杂算法，其简单算法是，它位于平衡锤（6）最高限位点往下h处，h=h1×P/P2×θ，式中h1为起重机起吊物件的下降深度限位点至起升高度限位点的距离，P为起重机最大起吊重量，P2为平衡锤的实际重量，等于平衡锤（6）的重量减去配重（8）的重量，θ为误差安全系数，按各国各地的相关安全标准取值，为了便于理解技术方案可以取1.05，下部平衡锤限行区域线（12）指该线以下为下部平衡锤限行区，该线由计算求得其位置，它位于平衡锤（6）最低限位点往上h处，h同上。本发明的起重机工作时有一般情况和两种特殊情况，一般情况下（指除了两种特殊情况）有两种操作方式，第一种操作方式：起吊前，平衡锤传动装置（5）状态为抱闸，传动比为零，在需要起吊物件（3）起升时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器松闸并调整传动比由零开始逐渐加大，设起吊物件（3）重量为P1，平衡锤(6)重量为P2，则当传动比达到P1/P2时，起吊物件（3）与平衡锤（6）达到平衡，此时感应器或编码器没有感应，当传动比超过P1/P2一定程度，起吊物件（3）开始起升，感应器或编码器感应，或操作员直接感知，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）停止调整传动比，也可以预设让主令控制器（1）自动控制平衡锤传动装置（5）停止调整传动比，接着操作主令控制器（1）控制驱动装置（4）提供拉力使得起吊物件（3）起升加速，理论上驱动装置（4）的牵引力只为起吊物件（3）起升加速度做功，在起吊物件（3）起升时，平衡锤（6）按传动比对应降落，在起吊物件（3）起升至需要的高度时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸并调整传动比适当回调（调小），以避免下述松闸时起吊物件（3）起升，其后操作按对应目前公知起重机的操作流程，在需要起吊物件（3）降落时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）松闸及逐步调小传动比至起吊物件（3）降落速度达到需要值后停止，在传动比逐步调小时候操作主令控制器（1）控制驱动装置（4）提供拉力控制降落速度，在起吊物件（3）降落时，平衡锤（6）按传动比对应起升，起吊物件（3）落地时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）抱闸，传动比归零，完成一段流程。如果起吊一批相同重量的物件，则传动比无需归零，从第二段流程开始，在需要起吊物件（3）起升时操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器松闸，在起吊物件落地时操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）抱闸，其余操作按对应目前公知起重机的操作流程，对应目前公知起重机的操作流程指带有本发明内容的每一种目前公知起重机在不带有本发明内容之前的操作流程。第二种操作方式：起吊前，平衡锤传动装置（5）的姿状态为抱闸，传动比为零，在需要起吊物件（3）起升时操作主令控制器（1）控制驱动装置（4）给一个预备拉力F，其大小可以按没有起吊物时起升拉力的2至10倍，取物装置为吸盘的可以在下限取值，取物装置为吊钩的可以在上限取值，对起升、降落速度要求大的可以在上限取值，反之可以在下限取值，接着操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器松闸并调整传动比由零开始逐渐加大，设起吊物件（3）重量为P1，平衡锤(6)重量为P2，则当传动比达到P1-F/P2时，起吊物件（3）与平衡锤（6）及上述预备拉力F达到平衡，当传动比超过P1-F/P2一定程度，起吊物件（3）开始起升，主令控制器（1）自动控制平衡锤传动装置（5）停止调整传动比，操作主令控制器（1）控制驱动装置（4）提供拉力使得起吊物件（3）起升加速，其后操作按对应目前公知起重机的操作流程，其中，在需要起吊物件（3）降落时，因为有上述预备拉力F，所以不需要再调整传动比，在起吊物件（3）落地时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸，传动比归零，完成一段流程。如果起吊一批相同重量的物件，则传动比无需归零，从第二段流程开始，在需要起吊物件（3）起升时操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器松闸，在起吊物件落地时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）抱闸，其余操作按对应目前公知起重机的操作流程，对应目前公知起重机的操作流程指带有本发明内容的每一种目前公知起重机在不带有本发明内容之前的操作流程。两种特殊情况，特殊情况一：起吊前，平衡锤（6）位于上部平衡锤限行区，由位置传感器（14）提供信号给主令控制器（1）求得，前面先按一般情况下的操作，其后，起吊物件（3）在其需要高度的高位点降落前，如果平衡锤传动装置（5）制动器没有抱闸，则先操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸，接着操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）传动比调整为零（传动比为零可以使用制动器和离合器控制），之后一直至起吊物件（3）落地，操作按对应目前公知起重机的操作流程；特殊情况二：起吊前，平衡锤（6）位于下部平衡锤限行区，在需要起吊物件（3）起升时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）传动比调整为零，操作主令控制器（1）控制驱动装置（4）提供拉力使得起吊物件（3）起升至需要高度，操作一直按对应目前公知起重机的操作流程直到起吊物件（3）降落前，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸、传动比调整为P1-F/P2、制动器松闸，操作主令控制器（1）控制驱动装置提供拉力控制起吊物件（3）降落速度，在起吊物件（3）落地时，操作主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸，传动比归零，完成一段流程。P1为起吊物件（3）的重量，此时可以取起吊物件（3）起升时驱动装置（4）的拉力为其近似值，由感应器提供给主令控制器（1），F按上述没有起吊物时起升拉力的2至10倍取值，传动比P1-F/P2由主令控制器（1）计算得出，主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）制动器抱闸、传动比调整为P1-F/P2、制动器松闸，可以一键完成。本发明的起重机工作时划分为一般情况和两种特殊情况，是因为本发明的“平衡”只是针对起吊物的起吊点与降落点为同一水平之间的“平衡”，是根据起吊物在起吊点与降落点为同一水平时其势能相等，理论上不需要外力做功的科学原理，采用起吊物与平衡锤势能变化绝对值相等，正负相反的技术手段，使之起升与降落，在起吊物起吊点与降落点有高差的情况，不计高差部分，即其中由其高差的上位置点至起升高度的高位点部分，理论上是接近减少了这部分原来由驱动装置做功的耗能，而实际工作中有许多影响因素，在两种特殊情况下，虽然在起升或降落时不能节能，但这种情况只是意味上述的“高差部分”不能节能，在两种特殊情况下的调整是因为平衡锤（6）的位置变化与起吊物件（3）位置变化及其重量同时关联，所以要在适当的情况下对其位置作限定调整，控制其在允许的位置范围内运行。上部平衡锤限行区域线（11）位置的复杂算法是，它位于平衡锤（6）最高限位点往下h处，h=h2×P3/P2×θ，式中h2为一个工作阶段或一个工作时期，起重机起吊物件的下降深度限位点至起升高度限位点的距离，P3为该一个工作阶段或一个工作时期起重机最大起吊重量，P2为平衡锤（6）的实际重量，下部平衡锤限行区域线（12）位置的复杂算法h相同。简单算法的位置预设给主令控制器（1），在该一个工作阶段或一个工作时期前，调整主令控制器预设的简单算法的位置为复杂算法的位置，并在该一个工作阶段或一个工作时期结束后把复杂算法的位置还原为简单算法的位置，同时检查及调整平衡锤位置，使得其位置不在简单算法的上部或下部平衡锤限行区，驱动装置（4）可以与平衡锤传动装置（5）连接，借助离合器快捷调整平衡锤（6）的位置。平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮节轮半径与传动轮的节轮半径不相等的情况，主令控制器（1）控制平衡锤传动装置（5）传动比调整的比值，按半径相等情况下其节轮半径处的线速度相等计算置换，即节轮半径不相等，但平衡锤传动装置（5）输入轴滑轮节轮半径处线速度与传动轮节轮半径处的线速度比值与上述的传动比相等，使得平衡锤（6）的势能变化与上述半径相等的情况对应。上述中传动比为零，只是为了便于理解技术方案，在实际应用中，应根据起重机的实际情况改为传动比的最小值，因为取物装置有重量、整个传动系统有传动损耗，传动比最小值对应的是，在没有起吊物情况下起升时，起升前驱动装置（4）的最大拉力，即该拉力与平衡锤（6）的重量之比。如果已知起吊物的重量，也可以将其输入主令控制器（1），由主令控制器（1）算得传动比，省去调整传动比过程。平衡锤（6）可以设置导轨，导轨与平衡锤（6）有水平距离时，平衡锤（6）可以设置导向轮引向导轨位置，平衡锤的安全保护系统:一、超速（失控）保护装置：限速器、安全钳；二、超越上下极限工作位置保护装置：强迫减速开关、限位开关、极限开关，上述三个开关分别起到强迫减速、切断控制电路、切断动力电源三级保护；三、撞底（与冲顶）保护装置：缓冲器；这些均为现有技术，具体设置与否可以按各国各地的相关安全标准执行，附图中不表示，不赘述。

实施方式二：在图3和图4中，平衡锤传动装置内置于驱动装置（4）与驱动装置（4）合并，驱动装置（4）可以带有卷筒，其卷筒轴与内置的平衡锤传动装置输入轴同轴连接（传动连接也能得到相同或相近的效果，包括摩擦传动和啮合传动），本实施方式的其余部分与实施方式一相同，只是实施方式一中的“平衡锤传动装置”在此应为“内置于驱动装置的平衡锤传动装置”。

Claims (10)

1.一种起重机，起重机指所有带起升机构的起重设备，包括传动轮，传动轮指起吊端定滑轮、驱动装置内轮或两者间由起吊绳卷绕的其它滑轮之一，其特征在于包括平衡锤及平衡锤传动装置，传动轮与平衡锤传动装置连接，平衡锤传动装置与平衡锤连接。

2.根据权利要求1所述的一种起重机，其特征在于传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴同轴连接。

3.根据权利要求1所述的一种起重机，其特征在于传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种起重机，其特征在于平衡锤传动装置以钢丝绳与平衡锤连接。

5.根据权利要求1所述的一种起重机，包括驱动装置和传动轮，传动轮指起吊端定滑轮、驱动装置内轮或两者间由起吊绳卷绕的其它滑轮之一，其特征在于包括平衡锤及平衡锤传动装置，传动轮与平衡锤传动装置连接，平衡锤传动装置内置于驱动装置与驱动装置合并，内置于驱动装置的平衡锤传动装置与平衡锤连接。

6.根据权利要求5所述的一种起重机，其特征在于传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴同轴连接。

7.根据权利要求5所述的一种起重机，其特征在于传动轮轴与平衡锤传动装置输出轴传动连接。

8.根据权利要求5所述的一种起重机，其特征在于平衡锤传动装置以钢丝绳与平衡锤连接。

9.根据权利要求5所述的一种起重机，驱动装置卷筒轴与内置于驱动装置的平衡锤传动装置输入轴同轴连接。

10.根据权利要求5所述的一种起重机，驱动装置卷筒轴与内置于驱动装置的平衡锤传动装置输入轴传动连接。