CN106255658A - 起重机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起重机，具体涉及一种塔式起重机(1)，该塔式起重机包括由回转驱动机构支撑而围绕竖直旋转轴(5)可旋转的吊杆(3)，还包括非运转制动器(10)，所述非运转制动器(10)允许起重机(1)处于非运转状态时吊杆(3)在风力载荷下的旋转运动并对该旋转运进行制动。根据本发明，非运转制动器(10)配置为在电动力下操作，并且包括回转驱动机构的电机(7)，所述电机(7)可以作为电机式制动器来操作。

Description

起重机

技术领域

本发明涉及一种起重机，具体涉及一种旋转塔式起重机，该旋转塔式起重机包括由回转驱动机构支撑而围绕竖直旋转轴可旋转的吊杆，还包括非运转制动器，所述非运转制动器允许起重机非运转状态时吊杆的旋转运动并对该旋转运动进行制动。

背景技术

旋转塔式起重机及其他类型起重机的吊杆，可围绕竖直旋转轴旋转，为达到上述目的，提供了能够产生旋转驱动力的回转机构，例如以电机的形式，其驱动运动通过回转机构传动装置转换为吊杆的旋转运动，例如以行星齿轮的形式。在这方面，在所谓的顶部回转结构中，吊杆相对于支撑吊杆的塔是旋转的，而在所谓的底部回转结构中，整个塔连同其所支撑的吊杆相对于底架或者支承底座是旋转的。

在起重机操作时，旋转运动通过控制相应的旋转驱动器来控制，由一个回转机构制动器提供制动以及在特定的旋转位置提供旋转固定。出于安全原因，这样的回转机构制动器通常可以这样配置，即制动器被预加载到它的制动操作位置，例如是通过一个相应的弹簧装置，并且可以通过一个调整执行器释放其旋转性。

当起重机关闭，处于非操作或者非运转状态时，理想情况是，起重机能够根据不同的风向旋转而取向到相对于风向处在最有利的旋转位置。例如，由于其压舱负载，相比较于运动方向是在吊杆平面的横断方向的倾斜运动，旋转塔式起重机抵抗运动方向是在吊杆平面之内的倾斜运动的稳定性通常更强，所述吊杆平面指的是以竖直方式穿过吊杆的平面，起重机应该在强风下调节自身取向以使得风是从其后方吹来并且吊杆取向到尽可能与风的方向平行,否则起重机会有倾倒的危险或者起重机将必须设置有额外的压载物。为了实现这样一个在风中自动取向的方式，风释放装置与运行制动器或者回转机构制动器连接并在起重机不运转时用于释放制动，所述制动器通常是被预加载到其制动位置。这个回转机构制动器“工作终点”的位置，可以通过手动调节杠杆的方式设置，但是也可以选择通过电动释放驱动器的方式，该电动释放驱动器使制动执行器在起重机关闭之前进入被锁定的非制动位置。例如，文献EP1422188 B1展示了旋转塔式起重机的回转机构制动器的这样一个风释放装置。

但是，起重机在非运转状态的自由旋转性，由于其在不利的风条件下自身转动而导致起重机不稳定。例如，如果起重机在两栋建筑之间并且只有吊杆或者只有吊杆平衡臂暴露在风中，只有吊杆或者吊杆平衡臂被风的气流在一侧推动，从而导致起重机以越来越快的速度旋转，这是因为起重机不会在吊杆转离有风区域时停住或是在吊杆平衡臂转入有风区域之前停住。吊杆和吊杆平衡臂交替进入风中，这样形成的风力循环作用的累积会引起起重机的自动旋转，结果导致起重机旋转太快和倾倒。

为了避免这种有害的自动旋转，已经提出不让回转机构在非运转状态时完全无制动地旋转，而是在回转装置上连接额外的制动器，此制动器确实能允许起重机在风中的旋转运动，但是会对该旋转运行进行轻微制动以平息上述自动旋转问题。例如，已经考虑在回转机构传动装置的出口处提供一个轻微的非运转制动器，其对起重机的旋转施加有限的制动力矩，该制动转矩小于风力作用产生的力矩，这样起重机仍然可以在风中调节自身取向,但只能低速旋转。

但是，这样的额外制动很难配置，因为该制动力矩必须对不同的风力条件和起重机不同的位置同样适用，例如,制动力矩太高的话，会有这样的结果，即在温和的风中，起重机不能恰当的调节自身取向，然而同样的制动力矩在高风速的非常不利的风力条件下又不能充分抑制上述自动旋转。此外，对于具有俯仰收放式吊杆的旋转塔式起重机，起重机关闭后的吊杆俯仰位置对所需的制动力矩也有影响。

发明内容

因此，本发明的基本目的是提供改进的上面所述类型的起重机,以避免现有技术的缺点并且以有利的方式进一步改进现有技术。尤其是，对于变化的艰难的风力条件以及起重机关闭时不同的起重机配置，应当可靠地防止危害起重机稳定性的自动旋转，而且同时使得起重机在风中的自由取向成为可能。

本发明的上述目的采用根据权利要求1的起重机来实现。本发明的优选实施方式是从属权利要求的主题内容。

因此，提议使用回转驱动机构的电机作为起重机关闭、非运转状态时的回转机构制动器，该电机在起重机的正常操作中被用来旋转起重机，所述回转机构制动器允许风中的旋转运动，但是也对这种运动进行制动。依照本发明，非运转制动器被配置为电动工作，并且包括回转驱动机构的电机，该电机可以作为电机式制动器来操作。尽管电机的操作通常需要电源供应，就这一点而言，作为一个功能组件，电机似乎不适合于起重机非运转的状态，然而，通过将回转机构的电机作为电机式制动器来操作，可以产生制动效果，该制动效果事实上最适合用于对在风荷载作用下的起重机运动进行制动。

通过非运转制动器的电动配置，其制动力矩可以适应这些需求并适应变化的非运转状态。如果情况是存在起重机旋转累积至危险的自动旋转的风险，则更高的制动力矩能够被产生。相反地,如果起重机没有充分取向或只是缓慢地取向至优选的风向位置，就不会产生制动力矩或只产生很小的制动力矩。非运转制动器具体配置为依赖转速操作，这样，在较高的起重机旋转速度下所施加的制动力矩大于在较低的起重机旋转速度下所施加的制动力矩。如果起重机不旋转或起重机在风中取向旋转太慢，就没有制动,或者只有较弱的制动，然而，相反地，当起重机旋转过快或开始旋转太快时，制动更强。一方面，起重机总是朝相对于风最有利的取向方向旋转，然而，另一方面，在起重机最大旋转速度以上，起重机所累积的自动旋转被抑制。

非运转制动器对于速度依赖性通常有不同的设计，例如，可以提供一致的依赖性比如是正比例依赖性，从而制动力矩随着起重机旋转速度的增加而连续增加。

除了这个有利于起重机的非运转制动器的制动效应，无磨损操作可以进一步由回转机构制动器的电动力操作配置来获得。与通常的多盘制动器和摩擦垫制动器不同，电动力操作的非运转制动器保持永久可操作，而且其制动效果在长时间使用之后也不会下降。此外，占据空间和增加重量的额外部件例如机械制动器是不需要被使用的。

作为本发明的进一步发展，制动回路与回转驱动机构的电机相连接，用于增加和/或控制电机的制动阻力。具体来说，至少一个或更多个串联电阻被连接至回转机构电机，在电机制动操作中产生的能量在此串联电阻上被耗散或热衰减。

为非运转状态而可接入的此制动电阻，可以是不在起重机正常操作中使用的单独的制动电阻。该制动电阻也可以优选地作为非运转制动功能的串联电阻并且在起重机正常操作中可被切换接入回转驱动机构，从而例如用于负载对旋转甲板进行制动操作时产生的反向功率。有利地，本身存在的组件在此也可以用于非运转状态从而起到双重作用。

为了在不同的绕组线之上实现均一的制动效果，所述制动电阻可以优选地配置为三相，或者包括配置为单相的具有至少大约相同的电阻大小的三个电阻器组。

具体来说，电机可以被短接而用作非运转状态制动器。在这一方面，手动动作或者以其它不同方式动作的短接开关可以为所述电机的电机绕组提供短接。例如，取决于电机的设计，电枢绕组或者转子绕组可被短接。通过短接电机绕组，很大一部分或者全部的制动功率可以作为热量而在电机自身之中被移除。为此不需要特定的附加组件。

为了避免制动操作中短接后的短路电流产生无法承受的电机发热，具体来说，冷却装置与所述电机相连接，并且该冷却装置也可以优选地配置为用于在无供应状态下进行冷却的自通风设备。例如，由电机的速度驱动的冷却风扇可以被使用。

但是，也可以想到以不同方式削减在电机制动操作中产生的电能，例如，将其至少部分地供应至能源存储装置中，例如，该能源存储装置是以车载网络电池或者电容器的形式。

对于电机绕组的上述短接功能，串联电阻可以优选地连接到短接开关和/或作为短接开关的一部分，这样短接时它们可以作为串联电阻被切换接入。阻力曲线，即所产生的制动力矩，可以通过电机的速度以理想的方式被控制或者被调节。随着串联电阻的增加，最大的制动效果可以被移向更高的速度，也就是说，制动力矩随着速度变化的特性曲线变得更浅或增长的更缓慢。

具体来说，在此方面上述可被切换接入的制动电阻可以被用作串联电阻，并且可以配置为三相，或者可以包括具有大约相同的电阻大小的三个电阻器组。

考虑到在起重机的非运转状态时不能获得励磁电压的情况，可以采取不同的措施，该励磁电压能够在电机中产生磁场。根据本发明的优选实施例，可以选用永磁激励同步电机作为此处的电机。例如，这样的永磁激励可以通过转子上的永久磁铁来获得，例如，也可以考虑其他的设置方式。

具体来说，这样的永磁激励同步电机，在没有外部电力供应的情况下的起重机非运转状态时能够产生制动力矩，所述制动力矩能够用于起重机例如旋转塔式起重机的旋转运动的动态制动。

但是，作为这样的永磁激励同步电机的替代选择，回转驱动机构也可以包括异步电机，这就提供了这样的优势，即起重机可以使用不止一个电机，例如是使用不止一个回转机构，这样的多个电机可以在逆变器中进行操作。这种在逆变器中对多个电机的操作对于同步电机来说是不可能的。

在电源被关闭的情况下，这样的异步电机不能通过逆变器或是电力供应网来进行励磁，而在起重机非运转状态时通常情况就是电源被关闭，因此，非运转励磁装置可以与异步电机相连接从而能够在起重机非运转状态时对异步电机进行励磁。具体来说，这些非运转励磁装置可以包括励磁电容器。具体来说，所述励磁电容器可以包括并联连接到异步电机的定子绕组的并联电容器。

具体来说，所述电机可以配置为自激励异步发电机。

在起重机非运转状态时，励磁所需的待机功率能够通过可被连接接入的所述电容器而被提供给异步电机。具体来说，并联的定子绕组和电容器可以形成共振回路。就这一点来说，电容器可以被连接为星形和三角形，尤其是，经验证明将电容器连接为三角形是优选的。

附图说明

下面结合优选实施例和相关附图对本发明做更详细的解释。附图示出了：

图1：根据本发明的一个优选实施例的旋转塔式起重机的部分透视示意图，该实施例的起重机配置为顶部回转结构，并且具有回转机构使得吊杆相对于塔旋转。

图2：回转驱动机构的电机以及与串联电阻相连接的短接开关的等效电路图，所述电机配置为永磁激励同步电机。

图3：当图2的同步电机在短接状态时，图2的电机产生的制动力矩随电机转速变化的特性曲线。图3(a)是发生短接时没有接入串联电阻的情况下的特性曲线，图3(b)是短接过程中接入不同的串联电阻的情况下的特性曲线。

图4：类似于图2的永磁激励同步电机的等效电路图，其中，逆变器电路中的制动斩波器的制动电阻被用作短接过程中可切换接入的串联电阻。

图5：类似于图4的在短接过程中可以作为串联电阻而被接入的制动电阻的等效电路图，所述制动电阻不是配置为三相，但是包括配置为单相的具有大约相同的电阻大小的三个电阻器组；以及

图6：具有可由共同的逆变器操作的两个异步电机的回转驱动机构的等效电路图，其具有并联接入的电容器来产生异步电机的磁性自激励。

具体实施方式

如图1所示，作为对象的起重机可以是旋转塔式起重机1，配置为所谓的顶部回转结构，其中塔2支撑吊杆3和吊杆平衡臂4，所述吊杆3和吊杆平衡臂4大体上水平延伸，并且可围绕竖直塔轴5相对于塔2旋转。作为与图1所示起重机的配置的替代选择，旋转塔式起重机1也可以配置为底部回转结构，和/或包括俯仰收放式尖头吊杆，和/或可以通过拉绳相对于塔底或相对于上部结构而被牵拉。

为了使吊杆3旋转，提供了回转机构6，在此实施例中，该回转机构6被设置在塔2的上端并位于吊杆3和塔2之间，该回转机构6可以包括链轮齿，该链轮齿与由驱动电机7驱动的主动轮相啮合。

回转机构6的驱动装置的优选实施例可以包括驱动电机7，所述驱动电机7通过回转传动机构来驱动主动轴。例如，所述回转传动机构可以是行星齿轮，该行星齿轮将驱动电机7的速度以合适的方式提升/降低为输出轴的速度。

在起重机操作中，为了能够对吊杆3的旋转运动进行制动，和/或为了能够保持吊杆3被移动到的旋转位置，回转机构6包括回转运行制动器，例如，该运行制动器可以设置在回转传动机构的输入端。该运行制动器例如可以包括本身已知的摩擦盘制动装置或者多盘制动装置，所述摩擦盘制动装置或多盘制动装置通过预加载装置被预加载到制动位置，并且例如可以被电动调整执行机构抬起从而松开制动，该电动调整执行机构可以是以电磁铁的形式。作为这样的机械式运行制动器的替代的或者附加的部件，也可以提供电机式运行制动器，例如，以具有可接入的制动电阻的制动斩波器的形式，所述制动电阻可以集成于或者连接到控制电机2的逆变器，如图4、5和6所示。

除了运行制动器之外，回转机构6还包括非运转制动器10，所述非运转制动器10目的是为了在起重机关闭非运转状态时对吊杆3的旋转运动进行制动但是也允许该旋转运动的发生，从而使得起重机或者起重机的吊杆3在风力载荷下能够自行调整取向。

所述非运转制动器10配置为电动力操作，包括回转机构6的驱动器或电机7，其中电机7可以作为电机式制动器来操作。

如图2所示，上述电机7具体配置为永磁激励同步电机，所述永磁激励同步电机可以由逆变器8供电和控制。所述逆变器8包括整流器9和反向整流器11，如图2所示，其中，电源电压可以通过它们输出到电机7。

为了在非运转状态产生理想的制动力矩，短接开关12可以与电机7相连接，电机7的绕组可以通过这种方式被短接。

所述短接开关12可以连接到断路器13，在停止运转时，通过该断路器13使得电机7断开与供电网的连接。所述的短接开关12和断路器13可以集成到一个共同的开关，这样，在停止运转时只需要一个开关来动作。然而，也可以提供单独的开关，可以分别操作，或者优选地也可以将开关彼此相连接从而一个开关的动作使得另一开关同时动作，这样电机7可以在电机7断开与供电网的连接的同时被短接或者相隔一定时间之后被短接。

如图2所示，串联电阻R_v可与短接开关12连接，所述短接开关12配置为三相，并且当电机被短接时所述短接开关12在各个单独的相与电机绕组相连接。但是，没有这样的串联电阻时，一个纯粹的短接开关大体上也可以被使用。

如图3a所示，电机7产生的力矩或制动力矩随着短接状态时的转速而变化。如果起重机随风旋转，例如，电机7经历的相应的旋转或转速随着风力引起的起重机的旋转速度的变化而上升、下降。如图3a所示，起重机没有任何旋转速度时，起初根本不会产生电动力的制动力矩，也就是说，起重机可以自由旋转，用更准确的术语来说，起重机旋转只需要克服机械拖拽阻力。如果旋转速度增加，由电机7以电动方式产生的制动力矩也逐渐增大，直到倾倒特征转速点η_Kipp处制动力矩再次下降。

如图3b所示，制动力矩随速度变化的曲线的发展趋势可以通过切换图2所示的串联电阻R_v来控制或者改变。被串联接入的串联电阻R_v越大，制动力矩曲线的增长越缓慢，如图3所示，这样只有在更高的速度时才会达到最大制动力矩。通过对串联电阻的选择并依赖于转速，以电动力方式提供的制动力矩能够以理想的方式得到相应的控制。尽管在短接时仅能够切换接入一个串联电阻或者一个串联电阻组对许多起重机来说已经足够了，但是作为本发明进一步的发展，起重机操作者能够切换接入不同大小的制动电阻，并且能够选择切换接入多个制动电阻中的哪一个，例如，与多个制动电阻分别相连接的多个短接开关可以分别被闭合。

如图2所示，串联电阻R_v可以是仅为非运转制动器提供的单独的电阻。但是，作为对此的替代性实施方式，已有的制动电阻优选地也可以用作串联电阻R_v，该串联电阻R_v在起重机正常操作时即运转状态时负载例如是在对旋转甲板的旋转运动进行制动时产生的反向功率。如图4所示，这样的制动电阻可以与制动斩波器相连接，所述制动斩波器设置在逆变器电路8中。这样的制动电阻优选可以是三相设计，如图4所示，或者可以包括设计为单相的具有至少大约相同的电阻大小的三个电阻器组R₁、R₂、R₃，如图5所示。

回转机构6也可以包括一个或多个异步电机作为所述电机7，而不是永磁激励同步电机，如图6所示。这样的多个异步电机可以优选地通过同一个逆变器8来操作，就这一点来说，逆变器电路8可以包括本身已知的整流器9和逆变器模块11以及制动斩波器14，凭借与制动斩波器14相连接的制动电阻R_v，在起重机正常操作中能够对旋转运动进行制动。

在非运转状态时，这样的异步电动机没有运行电网供应的自身电压因而缺乏电磁激励，此时，励磁电容器15可以被切换接入至异步电机7，例如通过非运转开关16。如图6所示，励磁电容器15可以优选地连接成三角形，并且以并联方式被切换接入。负载电阻可以优选地连接到可切换接入的励磁电容器15，如图6所示。

作为非运转制动器操作的异步电机7从所述励磁电容器15的放电过程获得励磁所需的待机功率。就这一点来说，这种待机电流以及这种磁化也随着转速或者频率的增加而增加。三相系统的电压同样地也增加，从而导致所产生的电功率的增加。就这一点来说，系统中所有的组件依照假定的最高电压来设计。

Claims (15)

1.一种起重机，具体是一种旋转塔式起重机，包括由回转驱动机构支撑而围绕竖直旋转轴(5)可旋转的吊杆(3)，还包括非运转制动器(10)，所述非运转制动器(10)允许起重机非运转状态时吊杆(3)在风力荷载下的旋转运动并对该旋转运行进行制动，其特征在于，所述非运转制动器(10)配置为在电动力下操作并且包括回转驱动机构的电机(7)，所述电机(7)作为电机式制动器来操作。

2.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，制动回路(18)与回转驱动机构的所述电机(7)相连接，用于控制和/或增加所产生的制动力矩。

3.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述制动回路(18)包括至少一个可被切换接入的串联电阻(R_v)。

4.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述可被切换接入的串联电阻(R_v)包括制动电阻，该制动电阻在正常操作中可被切换为用于负载起重机操作中产生的反向功率。

5.根据前两项权利要求之一所述的起重机，其中，所述可被切换接入的串联电阻(R_v)配置为三相，或者包括配置为单相的具有至少大约相同的电阻大小的三个电阻器组。

6.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述制动回路(18)包括对所述电机(7)的电机绕组进行短接的短接开关(12)。

7.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，回转驱动机构的所述电机(7)配置为永磁激励的同步电机。

8.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述同步电机的电机绕组在非运转状态时被短接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的起重机，其中，所述电机(7)配置为与非运转励磁装置(19)相连接的异步电机。

10.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述非运转励磁装置(19)包括电容器电路。

11.根据前一项权利要求所述的起重机，其中，所述电容器电路包括可切换为与所述异步电机的绕组并联的励磁电容器(15)，所述励磁电容器(15)彼此相连接为星形或三角形。

12.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述非运转制动器(10)配置为，当吊杆(3)转速不大于预定转速时其制动力矩小于预定力矩，所述预定力矩由作用在起重机上的预定风力载荷产生，并且仅当吊杆(3)转速超过所述预定转速时其制动力矩大于作用在起重机上的所述风力载荷产生的力矩。

13.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述非运转制动器配置为随着吊杆(3)转度的增加其制动力矩连续增加和/或步进式增加。

14.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，所述非运转制动器配置为在没有外部能量的条件下靠自身起作用。

15.根据前述任一项权利要求所述的起重机，其中，在电机制动操作过程中起作用的冷却装置与所述电机(7)相连接。