CN105421511A - 抓斗起重机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抓斗起重机，包括一吊臂，吊臂的前端连接有抓斗，吊臂安装一转台上，转台上设有机房，机房内设有用于控制抓斗运作的液压系统和电气系统；液压系统包括油箱组件、回转机构和变幅机构，回转机构包括回转控制阀组、回转平衡阀组以及回转马达组件；电气系统包括电源、发动机、控制系统以及安全监控系统，安全监控系统包括人机界面、力矩限制器以及传感器，控制系统具有连接CPU的CAN总线，CAN总线连接人机界面和力矩限制器，CAN总线还连接有两个控制器，控制器分别连接液压系统、传感器以及位于司机室内的脚踏板、手柄和面板。所述抓斗起重机通过液压系统和电气系统来实现对抓斗的控制，控制方便简单，可有效提高工作效率。

Description

抓斗起重机

技术领域

本发明涉及一种抓斗起重机，属于疏浚工程机械设备领域。

背景技术

随着经济的快速发展，港口建设及航道清淤工程的规模越来越大，疏浚市场对疏浚设备挖泥船的效率、成本和节能减排的要求越来越高，现有技术挖泥船的体积大、抗过载和耐冲击性较差、维修不方便，工作效率较低，不利于生产需求。

因此有必要设计一种抓斗起重机，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可提高工作效率的抓斗起重机。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种抓斗起重机，包括一吊臂，所述吊臂的前端连接有抓斗，所述吊臂通过臂根铰轴安装于一转台上，所述转台上设有机房，所述机房内设有用于控制所述抓斗运作的液压系统和电气系统；所述液压系统包括油箱组件、回转机构和变幅机构，所述回转机构包括回转控制阀组、回转平衡阀组以及回转马达组件，所述变幅机构包括变幅控制阀组、变幅平衡阀组以及变幅马达组件，所述回转机构具有两个船用阀，所述变幅机构具有一个船用手操阀，所述回转马达组件包括四台液压变量马达，所述变幅马达组件包括一液压变量马达；所述电气系统包括电源、发动机、控制系统以及安全监控系统，所述安全监控系统包括人机界面、力矩限制器以及传感器，所述控制系统具有连接CPU的CAN总线，所述CAN总线连接人机界面和力矩限制器，所述CAN总线还连接有两个控制器，控制器分别连接所述液压系统、所述传感器以及位于司机室内的脚踏板、手柄和面板。

进一步地，所述抓斗起重机还包括三脚架，所述三脚架安装于所述转台上，所述三脚架包括前部撑杆、后部拉杆和吊臂防倾装置，所述前部撑杆上安设有供抓斗提升、开闭钢缆用的和吊臂变幅钢缆用的导缆滑轮，所述导缆滑轮装有滑动式轴承。

进一步地，所述三脚架上还设有扶梯和梯子平台，所述三脚架的顶部设有动润滑管路。

进一步地，所述吊臂上设有臂根到臂头的维护检修通道，头部滑轮设有自动润滑管路。

进一步地，所述转台通过回转轴承和一基座连接，所述基座固定于船体上。

进一步地，所述液压系统还设有淡水冷却器和液位控制继电器。

进一步地，所述发动机的参数通过RS485接口转CAN模块与所述CPU和所述人机界面进行CAN总线通讯。

本发明具有以下有益效果：

所述抓斗起重机，包括一吊臂，所述吊臂的前端连接有抓斗，所述吊臂通过臂根铰轴安装于一转台上，所述转台上设有机房，所述机房内设有用于控制所述抓斗运作的液压系统和电气系统。所述抓斗起重机通过上述液压系统和所述电气系统来实现对所述抓斗的控制，控制方便简单，可有效提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的抓斗起重机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电气系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2，本发明实施例提供一种抓斗起重机，包括一吊臂1，所述吊臂1的前端连接有抓斗4，所述吊臂1通过臂根铰轴安装于一转台2上，所述转台2通过回转轴承6和一基座5连接，所述基座5固定于船体上。所述转台2上设有机房3，所述机房3内设有用于控制所述抓斗4运作的液压系统和电气系统。

所述液压系统包括油箱组件、回转机构和变幅机构，所述回转机构包括回转控制阀组、回转平衡阀组以及回转马达组件，所述变幅机构包括变幅控制阀组、变幅平衡阀组以及变幅马达组件，所述回转机构具有两个船用阀，所述变幅机构具有一个船用手操阀，所述回转马达组件包括四台液压变量马达，所述变幅马达组件包括一液压变量马达。

所述电气系统包括电源、发动机、控制系统以及安全监控系统，所述安全监控系统包括人机界面、力矩限制器以及传感器，所述控制系统具有连接CPU的CAN总线，所述CAN总线连接人机界面和力矩限制器，所述CAN总线还连接有两个控制器，控制器分别连接所述液压系统、所述传感器以及位于司机室内的脚踏板、手柄和面板。

以下对抓斗起重机进行具体说明：

抓斗起重机的金属结构主要由吊臂1、三角架、转台2、回转轴承6和辅助结构等组成。

抓斗起重机的吊臂1为钢管焊接而成的单直臂桁架形式，材料采用低合金高强度结构钢焊接而成。吊臂1分两段制造，主肢采用4-Φ168×14的Q345C钢管制造，腹杆采用Φ78×8的20号钢钢管制造，两段可拼装成20m长度的吊臂1。吊臂1各段之间采用4个φ50mm剪力对位销和4×8个M27的高强度螺栓进行连接。

吊臂1通过臂根铰轴安装于转台2的支座上，与转台2一起回转。吊臂1的前端装有顶部滑轮，具有充分的大轮径以配合钢缆免受损伤。滑轮均装有轴承可由轮轴侧面进行润滑加油。顶部滑轮采用了进口球面自动调心轴承，以便更能承受提拉和两翼斜张的巨大工作负荷。吊臂1下部面向驾驶室的一侧装配有吊臂1角度计。吊臂1上设有臂根到臂头的维护检修通道，方便维修，头部滑轮设有自动润滑管路。

所述抓斗起重机还包括三脚架，所述三脚架安装于所述转台2上，起重机的三角架由前部撑杆7、后部拉杆9、吊臂防倾装置8等部分组成。均为钢板焊接结构，板材材质为Q345C。在前部撑杆7上安设有供抓斗4提升、开闭钢缆用的和吊臂变幅钢缆用的导缆滑轮。导缆滑轮装有滑动式轴承。相对于所用钢缆直径的轮径均具有充分大的尺寸。三角架设置有扶梯及梯子平台，以便对滑轮的检修维护。三角架的顶部设置有自动润滑管路。

起重机的转台2由主纵梁、吊臂支承横梁、前横梁、后横梁、圈梁和尾部配重箱等组成，均采用低合金结构钢Q345C焊接成型。

转台2上设有三角架支座，用于三角架的联接；最前段的吊臂支承横梁上安装有吊臂支座，用于吊臂的联接。联接件均采用销轴联接。

转台2上安装机房3，机房3内部布置发动机和各机构设备，机房3两侧为走道。机房3采用≥5mm耐蚀钢材制造，机房3顶部设有平台。

抓斗起重机的回转轴承6采用标准型三排滚柱式回转支承134.50.3550.002。回转轴承6可以承受起重机作业部分的全部重量、倾覆力矩以及水平力。回转轴承6采用2*72个M42的10.9级高强螺栓分别与转台2和筒体基座5连接。

抓斗起重机还包括扶梯、平台和走道，通往司机室、机房3及有关设备的装卸平台的梯子安全可靠，能到达所有检修点、润滑点的作业平台应有足够的操作空间。通道和梯子的最小通行宽度不小于600毫米。扶梯踏步和平台，除臂架采用钢板网制作外，其余采用花纹钢板制作。其表面经镀锌处理。梯子倾角不应大于45°。所有通道和阶梯均采取防滑措施，设有栏杆、趾板和扶手。栏杆的垂直高度不得小于1050毫米，中间设有平行横杆；底部趾板高度不小于70毫米。直梯角度为85°～90°，直梯的最大高度不超过6米，超过6米的要分段转接，各转接处设转接平台。直梯应设安全护圈。走道、作业平台、梯子、栏杆、罩壳等应充分考虑临水作业场地的锈蚀因素。

抓斗起重机的司机室布置在起重机的左前方。司机室视野良好，能看清船位前方装卸作业情况。司机室设置了操纵台，操纵台上配置了各种显示仪表、指示灯、开关、操纵手柄等，室内配有冷暖空调、照明装置，并配有对讲系统。司机室具有人机界面显示屏，显示机构工况信息,参数设置信息，报警信息等。司机室装有闭路电视可观察绞车和回转机构的工作的情况。另外，在主要的工作岗位配有对讲机，并可通过扩音系统对起重作业进行指挥和调度。

抓斗起重机的工作机构：抓斗起升和开闭机构工作级别为M7-L4-T5。抓斗起升和开闭机构是起重机的主要工作机构，该机构主要由柴油动机组、液力变矩器、主减速机、卷筒组，开式齿轮传动组、离合器、制动器等组成；该机构驱动一件四绳抓斗，做“抓取——起升——开斗——下放”的工作循环；该机构具有两组双出绳的卷筒，一组控制抓斗的开闭绳，通过钢丝绳的收放完成抓斗的开闭工作，我们称它为“开闭卷筒”；另一组控制抓斗的支持绳；支持绳的主要作用是在抓斗空中悬停开斗时起到支持抓斗自重的作用，我们称这组卷筒为“支持卷筒”；抓斗的“起升”和“下放”动作是必须在四根绳的同时作用下完成的。即“支持卷筒”和“开闭卷筒”同时工作，即两组卷筒即要同时工作又要单独工作，因此在卷筒上设有码盘控制器，可以控制两台卷扬机的同步工作和单独工作。该机构的动力源为重庆康明斯生产的KTA38-M型船用柴油发动机，通过液力变矩器，减速箱传动后，将动力传递给卷扬机，卷扬机在控制系统的控制下，控制离合器、制动器完成抓取——起升——开斗——下放”的工作循环。离合器、制动器都采用气动控制。

所述液压系统的工作对象为液压变量马达。其中四台为回转机构提供动力，一台为变幅机构提供动力。为了满足回转和变幅机构对速度的无极变速要求，此套液压系统选用了一个液压变量马达，通过手操比例换向阀来控制马达的高低速转换，回转和变幅机构均带有制动机构，有液压系统提供动力。本系统主要由主系统，控制系统，辅助系统组成；主系统完成变幅和回转机构马达的驱动，控制系统完成其驱动的控制机马达的变量。辅助系统完成其安全制动器的开启。

液压系统工作原理简介：

系统功能说明:本系统采用恒压开式系统，可确保负载压力不一致的多个动作能同时按控制要求进行平稳工作，满足复合动作要求，各个动作工作速度仅与操纵手柄的工作角度有关，详见液压系统原理图。主系统动力由柴油机尾轴驱动，通过分动箱驱动四个恒压泵工作，提供主系统油源，其参数：0-25MPa、0-1200L/min、0-350KW，满足各机构工作时扭矩及速度需求；当机构工作停止时主系统油源输出压力及输出流量自动降至接近零的程度，无用功耗低；该油泵均带冷却回路，提高其工作寿命；该油泵均带加载阀，可自由选择其加载。主系统换向阀选用带压力补偿器和流量调节的船用液控阀，可无级控制输出流量，即无级控制机构运动速度，其中变幅机构使用一个船用手操阀（其输出流量0-300L/min），回转机构使用两个船用阀（其输出流量0-450L/min）；该阀均带压力补偿器，所以其负载压力、油泵压力互不影响，机构启动时间快。同时按船用系统相应规范要求，设置应急动力，由电机直接驱动油泵，其参数：0-12MPa、0-90L/min、0-18.5KW，当主系统出故障时，能将各个机构卸载恢复到拖航状态。各动力均带吸油截止阀，维修时可关闭防止油箱油外漏，并带位置开关，可防止原动力误动作；各动力均带吸油过滤器，防止油泵吸入杂物后受破坏，高压管路和总回油管路均设有高压过滤器，以防止液压阀阀芯卡死。

所述液压系统还设有两个淡水冷却器、液位控制继电器，油温高低温报警，以及滤器堵塞报警，液控控制继电器防止油液液位低于油箱最低液位，滤器堵塞报警以提醒滤器需清洗或更换新的滤芯。

抓斗起重机采用柴油发动机提供动力。并配置了轴带同步发电机，可以将发动机满足挖机正常工作后剩余的功率用于发电，达到节能环保的目的。支持和开闭卷扬机由发动机+奥米茄液力传动系统+减速机驱动，制动系统设有离合器+带式制动器，开闭机构还设有盘式制动器。变幅和回转则是由发动机+液压泵+液压马达驱动，变幅机构设有盘式制动器。冷却水循环系统由船体提供的水泵提供动力，水泵机构可以由本挖泥机的司机室联动台远程控制或者水泵旁的接线箱本地控制。为液压系统提供了18.5kW的应急电机，正常工作时若发动机出现故障，可通过应急电机提供动力，将变幅和回转机构运行到安全位置。为支持和开闭机构提供了11kW的辅助开斗电机，当无法开斗或者下降时，可通过辅助开斗电机提供动力，将支持和开闭机构运行到安全位置。控制部分采用EPEC公司的2024控制器，实施整机控制、安全保护与联锁，人机界面进行状态监视和故障诊断等。控制系统采用CAN总线方式通讯。

低压电器包括断路器、接触器等重要设备，以及按钮指示灯、转换开关等，均采用施耐德公司产品。还设有载荷保护装置、安全保护装置、紧急停止保护、视频监控系统、挖泥机联动台、风速仪和照明系统等。

如图2所示，所述电气系统包括电源、发动机、控制系统以及安全监控系统，所述安全监控系统包括人机界面、力矩限制器以及传感器，所述控制系统具有连接CPU的CAN总线，所述CAN总线连接人机界面和力矩限制器，所述CAN总线还连接有两个控制器（控制器1和控制器2），控制器分别连接所述液压系统、所述传感器以及位于司机室内的脚踏板、手柄和面板。

所述电源由柴油机轴端的轴带同步发电机或者船体发电机提供。当挖泥机工作时，柴油机拖动轴带同步发电机进行发电，并通过中央集电环将电传递到船体配电板，船体进行配电后再返回50kW供挖泥机使用。当挖泥机停止工作时，由船体发电机通过中央集电环对挖泥机供电。

所述发动机采用康明斯水冷柴油机，额定转速1800r/min、额定功率895kW，为整机的液力变矩器和液压系统提供动力部分，完成起升、变幅、回转动作。发动机监控系统由机旁仪表箱，远程仪表组成。

如图2所示，所述电气控制系统采用CPU集中控制，CPU通过CAN总线通讯方式直接读取现场传感器、编码器、力矩限制器的相关参数。司机室设有操控台、力矩限制器、人机界面和发动机仪表，人机界面实时显示挖泥机的工作状态和参数，发动机的参数通过RS485转CAN模块与CPU和人机界面进行CAN总线通讯。

奥米茄液力传动系统带有电子控制单元，输入信号为4-20mA。支持和开闭卷扬机上设有接近开关和位置栅格，变幅绳死头设有载荷传感器，CPU通过接近开关计数运算测得的位置信号，结合操作手柄的动作，通过计算输出给奥米茄液力传动装置的电子控制单元来控制起升和下降的速度以及开斗的位置，同时调整支持和开闭卷扬的同步。变幅机构通过手柄操作，逻辑控制液压系统电磁阀的动作来完成。回转机构通过脚踏操作，逻辑控制液压系统电磁阀的动作来完成，集电环轴上的单圈绝对值编码器用来测量回转机构的位置。

所述全监控系统由力矩限制器总成、人机界面、声光报警器、回转指示灯组成，采用CAN总线通讯控制。本起重机载荷使用变幅绳拉力传感器取力，在通过力矩限制器主机计算得到起升力矩大小，并根据曲线实时保护。挖泥机其它监控信号由EPEC控制器现场采集信号处理，信号反馈至人机界面显示。为起重机提供全方位保护。根据人工输入的起重臂长度、倍率，系统会自动按照相应的起重特性曲线执行安全保护。全程进行作业过程监控，信号包括角度、载荷等，并实时显示作业信息和操作提示。当起重力矩超载或起重机超出安全方向时，系统发出声光报警信号，并切断危险方向控制信号，提示操作人员进行安全方向操作。

其中，力矩限制器采用CX-AV型起重机力矩限制器主机及显示屏、信号变送器、重量、角度传感器组成。

主机仪表显示参数：抓斗实际起重量（吨）、抓斗额定起重量（吨）、吊臂实际仰角（度）、抓斗实际工作幅度（米）及负荷率；起重机抓斗载荷达到额定起重量的90%时，仪表预报警，蓝灯闪烁并断续蜂鸣；载荷达到额定起重量的100%时，仪表预报警，橙色灯亮并连续蜂鸣；载荷达到额定起重量的105%～110%(此参数可现场设置)时，红色灯亮并连续蜂鸣，同时输出超载控制信号JD4，此信号可切断起重机向危险方向运行；起重机抓斗载荷小于额定起重量的30%时，输出轻载控制信号JD5；控制输出继电器触点编号（触点容量250V，10A，常开）JD4—抓斗超载控制；JD5—抓斗轻载控制。

人机界面采用10.4英寸液晶屏用于显示，64M数据记录仪用于故障及违规操作的数据记录，监控管理系统包含以下内容：抓斗工况信息：支持位移，定深值,开闭位移,开闭度,奥米笳输出电流，回转位置，参数设置等信息。液压系统信息：动力系统压力，制动系统压力等。仪表盘下方三个指示灯：手柄在零位时红灯亮，正常工作时绿灯亮，特殊工况时黄灯亮。

声光报警器安装在驾驶室操作台上面。当声光报警器检测以下信号非正常时，则会发出声光报警指示：1.起升上下限位；2.变幅上下限位；3.主泵吸油滤堵塞；4.应急泵吸油滤堵塞；5.回油滤堵塞；6.系统压力低；7.限制解除操作；8.空压机压力低；9.力矩过载保护；

回转警示灯安装在机房尾部拐角处，当回转脚踏操作并检测到回转油泵加载电磁阀信号时，回转指示灯则会发出声光报警指示。

综上所述，所述抓斗起重机通过上述液压系统和所述电气系统来实现对所述抓斗的控制，控制方便简单，可有效提高工作效率。同时对所述抓斗起重机的维修也较为容易，维修方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种抓斗起重机，其特征在于，包括一吊臂，所述吊臂的前端连接有抓斗，所述吊臂通过臂根铰轴安装于一转台上，所述转台上设有机房，所述机房内设有用于控制所述抓斗运作的液压系统和电气系统；

所述液压系统包括油箱组件、回转机构和变幅机构，所述回转机构包括回转控制阀组、回转平衡阀组以及回转马达组件，所述变幅机构包括变幅控制阀组、变幅平衡阀组以及变幅马达组件，所述回转机构具有两个船用阀，所述变幅机构具有一个船用手操阀，所述回转马达组件包括四台液压变量马达，所述变幅马达组件包括一液压变量马达；

所述电气系统包括电源、发动机、控制系统以及安全监控系统，所述安全监控系统包括人机界面、力矩限制器以及传感器，所述控制系统具有连接CPU的CAN总线，所述CAN总线连接人机界面和力矩限制器，所述CAN总线还连接有两个控制器，控制器分别连接所述液压系统、所述传感器以及位于司机室内的脚踏板、手柄和面板。

2.如权利要求1所述的抓斗起重机，其特征在于：所述抓斗起重机还包括三脚架，所述三脚架安装于所述转台上，所述三脚架包括前部撑杆、后部拉杆和吊臂防倾装置，所述前部撑杆上安设有供抓斗提升、开闭钢缆用的和吊臂变幅钢缆用的导缆滑轮，所述导缆滑轮装有滑动式轴承。

3.如权利要求2所述的抓斗起重机，其特征在于：所述三脚架上还设有扶梯和梯子平台，所述三脚架的顶部设有动润滑管路。

4.如权利要求1或2所述的抓斗起重机，其特征在于：所述吊臂上设有臂根到臂头的维护检修通道，头部滑轮设有自动润滑管路。

5.如权利要求1或2所述的抓斗起重机，其特征在于：所述转台通过回转轴承和一基座连接，所述基座固定于船体上。

6.如权利要求1所述的抓斗起重机，其特征在于：所述液压系统还设有淡水冷却器和液位控制继电器。

7.如权利要求1或6所述的抓斗起重机，其特征在于：所述发动机的参数通过RS485接口转CAN模块与所述CPU和所述人机界面进行CAN总线通讯。