CN108373105A - 桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统。该系统包括：控制系统、主体框架、运行控制机构、钢丝绳、滑轮、小车和抓斗，运行控制机构包括四套结构相同的驱动机构，每个驱动机构分别包括结构相同的减速箱、卷筒、电机和制动器；滑轮设置在主体框架上；钢丝绳与抓斗连接，经小车并绕过滑轮后，缠绕在卷筒上；控制系统控制运行控制机构，使运行控制机构通过钢丝绳控制抓斗的升降和开闭以及小车的运行。本发明采用模块化设计，结构形式更加简单，零部件具有很高的通用性、互换性以及维护性。

Description

桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统

技术领域

本发明涉及一种桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统。

背景技术

卸船机是港口用来装卸散货的重要的机械，广泛应用于港口装卸作业中。机械差动式卸船机技术在90年代开始普及，已经在行业内成功应用了超过20年的历史，拥有非常多的技术优点，是行业内的主流产品。由于机械差动式卸船机在中小吨位机型的使用环境中，会受到差动齿轮箱的体积和自重的制约。此外，机械差动式的卸船机需要专用的差动齿轮箱进行运动合成，实现精确运动传递，结构也较为复杂，维护成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电差动卸船机，简化机械结构，减轻整机自重，同时提高卸船机的维护便利性。

本发明的一个方面提供了一种桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，包括：控制系统、主体框架、运行控制机构、钢丝绳、滑轮、小车和抓斗，运行控制机构包括四套结构相同的驱动机构，每个驱动机构分别包括结构相同的减速箱、卷筒、电机和制动器；滑轮设置在主体框架上；钢丝绳与抓斗连接，经小车并绕过滑轮后，缠绕在卷筒上；控制系统控制运行控制机构，使运行控制机构通过钢丝绳控制抓斗的升降和开闭以及小车的运行。

本发明采用模块设计，四套驱动机构的电机、制动器、减速箱、卷筒等部件完全相同，结构形式更加简单，零部件具有很高的通用性和互换性，回避了之前机械差动系统使用的行星差动齿轮箱，重量和成本上更加的经济，具有很高的维护性。

进一步地，四套驱动机构包括两个开闭机构和两个起升机构，开闭机构通过钢丝绳控制抓斗的打开和闭合，起升机构配合开闭机构通过钢丝绳控制抓斗的起升、下降及小车的运行。

进一步地，电差动系统还包括限位装置，限位装置包括差动减速箱、凸轮限位器和编码器，其中差动减速箱的两输入端分别通过链条与两个起升机构连接，差动减速箱的输出端连接凸轮限位器和编码器，并经编码器将起升高度反馈给控制系统。这样通过链条传递形式，将卷筒的旋转圈数，旋转方向，传递到差动减速箱处，一方面通过配套安装的凸轮限位提供硬件保护，在提升高度达到预设值时及时停止，另一方面经过编码器可以将提升的高度反馈给电气控制系统，实现软硬件的相互校验。

进一步地，电差动系统还包括限位装置，限位装置包括差动减速箱、凸轮限位器、编码器和两个同步电机，控制系统获取两个起升机构的转速和方向并控制两个同步电机同步旋转，两个同步电机的输出端分别连接差动减速箱的两输入端，差动减速箱的输出端连接凸轮限位器和编码器，并经编码器将起升高度反馈给控制系统。该方案用同步电机代替链轮的传递，装置将不在受到起升机构的位置限制，可以灵活布置，从而能够有效的优化起升机构的布局空间。

进一步地，差动减速箱的输出端通过1:1的分动箱与凸轮限位器和编码器连接。

与现有技术相比，本发明采用四套统一的驱动机构，结构形式简单、通用，维护方便，相比于机械差动式卸船机，本发明取消了行星差动齿轮箱，采用标准减速箱，占用空间较小，整体机构的重量、成本也大幅下降，同时机械设计可以根据使用环境的变化，灵活布置相关传动机构。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统的结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的差动减速箱凸轮限位检测装置的结构示意图。

图3是根据本发明的另一实施例的利用同步电机进行限位检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。可以理解的是，此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本发明，而非对本发明的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部的结构或过程。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”等，仅仅是为了方便解释本发明的结构，不应理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个实施例，提供了一种桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，如图1所示，该系统包括：控制系统、主体框架、运行控制机构501-504、钢丝绳200、滑轮100、小车300和抓斗400。控制系统控制运行控制机构，使运行控制机构通过钢丝绳控制抓斗400的升降和开闭以及小车300的运行。

运行控制机构包括四套结构相同的驱动机构，四驱动机构在电差动系统中的布置上与原机械差动系统中的卷筒布置基本类似，四套驱动机构包括两个开闭机构501和502，以及两个起升机构503和504，滑轮100设置在主体框架(未示出)上；钢丝绳200与抓斗400连接，经小车300并绕过滑轮100后，缠绕在开闭机构501、502和起升机构503、504的卷筒上；开闭机构501、502通过钢丝绳200控制抓斗400的打开和闭合，起升机构503、504配合开闭机构501、502通过钢丝绳200控制抓斗400的起升、下降及小车300的运行。在本发明的实施例中，四套驱动机构采用相同的结构，每个驱动机构分别包括结构相同的减速箱、卷筒、电机和制动器，结构形式更加简单，零部件之间具有很高的通用性和互换性，回避了之前机械差动系统使用的行星差动齿轮箱，重量和成本上更加的经济，具有很高的维护性。

在差动卸船机中，起升高度的保护是十分重要的，在以往的机械差动起升开闭机构中，通过差动减速箱的逻辑计算配合电气程序的控制，能够实现对抓斗400起升，小车300运行的机械硬件保护。而在电差动系统中，可以依靠电气软件来进行一定程度的保护，但是难以满足可靠性需要，因此，机械保护在电差动实验中也是必不可少的。

电差动系统在不同运行工况下的卷筒运行情况与机械差动系统基本相同，通常，将一个开闭卷筒(例如501)和一个起升卷筒(例如503)的组合作为陆侧卷筒，另一个开闭卷筒(例如502)和另一个起升卷筒(例如504)的组合作为海侧卷筒，结合图1，具体分析如下：

当抓斗400起升或下降时，4套驱动机构卷筒均以相同的速度，相同的方向运转，可以将运行速度假设为x；

当小车300水平运行时，4套驱动机构卷筒以相同速度运转，可以将小车水平运行速度假设为y；其中，开闭机构501和起升机构503组成的陆侧卷筒的转向相同，开闭卷筒502和起升卷筒504组成的海侧卷筒的转向相同，并且两侧卷筒之间转向相反；

当进行既有抓斗起升、下降又有小车运行的复合运动时，两侧驱动机构的卷筒将以不同的速度，不同或相同的方向运转。

需要注意的是，以上旋转方向只是针对图1中所示的实施例，在其他实施例中，钢丝绳200可以采用其他的缠绕方向缠绕在卷筒上，此时，工作时可相应地调整驱动机构的旋转方向。

由于电差动系统的不同工况的实现是通过电控系统控制4台电机输入不同速度和转向实现的，而减速箱通常为普通平行轴形式，因而直接采用机械差动系统中常用的直接设置在减速箱上的凸轮限位将无法直接实现对起升动作的监测和保护。

根据本发明的一个实施例，提供了一套额外的限位系统，根据海陆侧卷筒的不同运行情况，将卷筒的旋转方向和速度作为输入值，再通过一个小型差动行星减速箱给予两个输入值相减的逻辑运算，即可使减速箱输出值始终为起升量x，由于海陆侧4个卷筒，正常作业时无论是运转速度或是方向均是两两一致的，因而只需监测一组海陆侧卷筒即可实现对起升动作的保护。

根据本发明的一个实施例，在电差动系统中提供一种限位装置，如图2所示，该限位装置包括差动减速箱603、凸轮限位器605和编码器606，其中差动减速箱603的两输入端6001和6002分别通过链条与两个起升机构503和504连接，差动减速箱603的输出端连接凸轮限位器605和编码器606，并经编码器606将起升高度反馈给控制系统。当两起升机构503和504同向同速旋转时，表示抓斗有起升或下降动作，差动减速箱输出轴位移，表示起升高度有变化；当两起升机构503和504同速不同向旋转时，表示小车在平移，差动减速箱不输出轴位移，表示起升高度无变化；当两起升机构503和504不同速旋转时，不论方向是否相同，均说明小车和抓斗在进行复合运动，差动减速箱输出轴发生位移，表示起升高度变化。这样通过链条传递形式，将卷筒的旋转圈数，旋转方向，传递到差动减速箱603处，减速箱603一路输出给凸轮限位器605，通过与该减速箱603配套安装的凸轮限位器605提供硬件保护，在提升高度达到预设值时及时停止，另一路输出经过编码器606可以将提升的高度反馈给电气控制系统，实现软硬件的相互校验，在两路输出不一致时，系统可以及时发出故障信息，并暂停作业或采取其他紧急措施，提高系统的安全性。减速箱603的两路输出可以通过分动箱604来实现。

在以上实施例中，介绍了采用链轮的限位装置涉及到链轮、链条的安装调试，硬件的设计和布置都相对较为复杂。在此，根据本发明的另一个实施例，还提供另一种用于电差动系统的限位装置。

参见图3，该限位装置包括差动减速箱603、凸轮限位器605、编码器606和两个同步电机601和602。在起升机构503和504的减速箱的低速端限位输出轴上安装绝对值编码器，由该编码器获取相应的信息，将信号传递给控制系统，控制系统获取起升机构503和504的转速和方向后，控制两个同步电机601和602同步旋转，使同步电机的旋转与卷筒实际的运行情况一致，以此来代替链轮的传递，同时，同步电机601和602可以分别连接编码器6011和6021，以实时向控制系统反馈电机601和602的运转情况。两个同步电机601和602的输出端分别连接差动减速箱603的两输入端，差动减速箱603的输出端连接凸轮限位器605和编码器606，并经编码器606将起升高度反馈给控制系统。可选择地，差动减速箱603的输出端可以通过1:1的分动箱604与凸轮限位器605和编码器606连接，随后的工作过程与前一实施例中的限位装置相同。采用该方案的差动凸轮限位装置将不在受到起升机构的位置限位，可以根据实际情况灵活布置，安装在机房任何一个位置，便于电气调试；同时电差动四卷筒的布局可以按照紧凑型进行设计，无须为了安装链轮和人员维护空间，而加大卷筒轴承座处的布局，从而有效的优化起升机构的布局空间。此外，这种独立设计的同步电机差动凸轮检测装置，可以在设计上实现标准化，使该装置可以适用于其他电差动卸船机。

与现有技术相比，本发明采用四套统一的驱动机构，结构形式简单、通用，维护方便，相比于机械差动式卸船机，本发明占用空间较小，整体机构的重量、成本也大幅下降，同时机械设计更加标准化、模块化，可以根据使用环境的变化，灵活布置相关机构。

上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但本发明技术方案的使用不仅仅局限于本专利实施例中提及的各种应用，各种结构和变型都可以参考本发明技术方案轻易地实施，以达到本文中提及的各种有益效果。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化，均应归属于本发明专利涵盖范围。

Claims (5)

1.一种桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，包括：控制系统、主体框架、运行控制机构、钢丝绳、滑轮、小车和抓斗，其特征在于，所述运行控制机构包括四套结构相同的驱动机构，每个驱动机构分别包括结构相同的减速箱、卷筒、电机和制动器；所述滑轮设置在所述主体框架上；所述钢丝绳与所述抓斗连接，经所述小车并绕过所述滑轮后，缠绕在所述卷筒上；所述控制系统控制所述运行控制机构，使所述运行控制机构通过钢丝绳控制所述抓斗的升降和开闭以及所述小车的运行。

2.根据权利要求1所述的桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，其特征在于，所述四套驱动机构包括两个开闭机构和两个起升机构，所述开闭机构通过所述钢丝绳控制所述抓斗的打开和闭合，所述起升机构配合所述开闭机构通过所述钢丝绳控制所述抓斗的起升、下降及所述小车的运行。

3.根据权利要求2所述的桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，其特征在于，所述电差动系统还包括限位装置，所述限位装置包括差动减速箱、凸轮限位器和编码器，其中所述差动减速箱的两输入端分别通过链条与两个起升机构连接，所述差动减速箱的输出端连接所述凸轮限位器和所述编码器，并经所述编码器将起升高度反馈给所述控制系统。

4.根据权利要求2所述的桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，其特征在于，所述电差动系统还包括限位装置，所述限位装置包括差动减速箱、凸轮限位器、编码器和两个同步电机，所述控制系统获取所述两个起升机构的转速和方向并控制两个同步电机同步旋转，所述两个同步电机的输出端分别连接所述差动减速箱的两输入端，所述差动减速箱的输出端连接所述凸轮限位器和所述编码器，并经所述编码器将起升高度反馈给所述控制系统。

5.根据权利要求3或4所述的桥式四卷筒抓斗式卸船机电差动系统，其特征在于，所述差动减速箱的输出端通过1:1的分动箱与所述凸轮限位器和所述编码器连接。