CN110589681A - 一种起重机运行机构防啃轨装置、纠偏控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于起重机技术领域，公开了一种起重机运行机构防啃轨装置、纠偏控制系统及方法，多个第一位移传感器、第二位移传感器均与计算机连接，由位移传感器测量出起重机车架相对于轨道的偏斜角度，再通过计算机比例换算成控制电压；控制电压以差动方式或单动方式分别加在第一变频器、第二变频器上并分别连接第一控制电动机、第二控制电动机分别调整第一驱动车轮、第二驱动车轮的行速。本发明有效避免了运行机构的车轮轮缘内侧与钢轨的啃轨现象，增强了起重机运行时稳定性，降低起重机运行侧向摩擦阻力，减小车轮与轨道的摩擦噪音，同时消除了啃轨带来的重大安全隐患，有效地保证了起重机设备安全运行和人员安全。

Description

一种起重机运行机构防啃轨装置、纠偏控制系统及方法

技术领域

本发明属于起重机技术领域，尤其涉及一种起重机运行机构防啃轨装置、纠偏控制系统及方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

随着制造业的不断发展，自动化生产线应用越来越广泛，然而在自动化生产线进行产品生产过程中，物料的搬运、工序的流转、质量的检验均存在一些一定范围内水平或者垂直的提升搬运。起重机作为减轻笨重劳动，提高工作效率，实现生产的关键的工艺设备或者重要的辅助设备机械，在我们的生活中得到了广泛的应用。起重机属于特种设备，它多用于车间、仓库或者料场等区域，用于物料的吊运和起重，由于其能够代替大量人工体力劳动，并且在搬运效率和搬运能力上具有极大的优势，因此极为广泛地应用于大型生产车间，在国内甚至世界范围内的保有量基数十分庞大，其在工作时运行安全问题至关重要，动辄砸坏地面设备，危及人员性命。

起重机伴随其使用频率、使用强度的增加，其在运行过程中的故障也时有发生，啃轨就是其中故障之一。由于工况条件和运行频繁，起重机在运行一段时间后通常都会出现不同程度的啃轨现象。运行机构行走过程中的严重啃轨，会使轨道与车轮产生剧烈磨损，极大地增加附加载荷，增加运行阻力，致使起重机运行过程中发生扭摆，传动机构和运行电动机超载运转，会发生扭断传动轴或烧坏电动机的设备事故，增多了设备零件耗损和维修量，更严重的会有脱轨事故，从而引发更大的安全隐患，进而严重影响企业生产。

对于起重机的安装都有严格的标准，起重机的最合适运行状态时轨道的侧边和车轮的边缘存在大约为20毫米的缝隙，使得轮和轨道之间磨损较小。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的桥式起重机防啃轨水平导向轮定位完全依靠水平导轮轴承内圈的轴端挡板，轴端挡板通过螺钉紧固在水平导轮的轴上。如果轴端挡板的螺钉紧固不当或由于桥式起重机工作过程中的冲击和振动造成紧固螺钉松动，使用一段时间后螺钉脱落，导致导向轮脱落，存在安全隐患，且这种结构形式不容易更换导向轮。

(2)现有技术中，不能解决起重机运行机构(大车或小车)的啃轨现象，没有通过在车轮轮缘下侧安装侧导轮组合体、利用侧导轮顶住钢轨的侧面以及没有使起重机车轮轮缘与钢轨侧面有微小的间隙，造成车轮组在运行过程中车轮轮沿和轨道之间的磨损，起重机运行时稳定性差，而且不能降低起重机运行侧向摩擦阻力，使小车轮与轨道的摩擦噪音大，无法避免车轮轮缘内侧与钢轨的啃轨现象。

解决上述技术问题的难度：

桥式起重机运行机构在运行时水平轮沿着钢轨的侧面滚动，从而给车体运行中产生的偏斜(侧向力)施加一定的反作用力，阻止车轮轮缘与钢轨侧面的滑动磨损。实际使用中，如果起重机产生轻微的啃轨，即侧向力较小时，此种结构的水平轮组应用效果比较理想。但是起重机出现较大侧向力时会产生诸多问题，当起重机运行由轨道的中心线刚刚开始向一侧偏斜时，水平轮与钢轨的侧面不接触(设计间隙一般取10mm)，水平轮组不能发挥作用，当偏移量达到10mm时，水平轮与钢轨的侧面突然接触，水平轮要阻止起重机的惯性偏斜，此时会产生较大的冲击力。此种冲击力对起重机结构、水平轮、轨道产生严重危害，经常出现水平轮组的轴承损坏、定位板脱落等故障，严重时造成车轮脱轨等重大安全事故。同时较大的冲击力使轨道压板螺栓连续大面积松动或断裂，导致钢轨部分段落浮动移位等问题出现。

解决上述技术问题的意义：

本发明将传统桥式起重机的固定车轮设计成了一种新的解决车轮啃轨的水平导向轮防啃轨机构，采用水平导向轮可有效缓解或清除啃道现象，水平导向轮与轨道侧面之间是以滚动摩擦替代滑动摩擦，在侧向力相同的情况下，运行机构承受的摩擦阻力大为减小，特别是轮压较大时，效果更为明显。另外，采用水平轮导向装置可以使设备对轨道跨度公差的要求相对宽松。新的防啃轨机构彻底解决了桥式起重机在移动运行过程中经常出现的咬轨、啃轨现象，极大地提高了桥式起重机工作效率，节省大量不必要的设备维修费用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种起重机运行机构防啃轨装置、纠偏控制系统及方法。

通过对起重机大车啃轨原因的分析，一般认为起重机的操作模式，轨道的安装精度及年轮的安装精度被认为是引起啃轨的主要原因。本发明认为啃轨的原因大部分是由于车轮、车架和轨道的偏差引起的，单纯靠提高精度来解决有就现象效果有限，比较困难而且技术难度大，成本高。但本发明采取了一定的策略控制大车两端的行走速度，就能调节车轮轮缘与轨道之间的间隙，使之保持在一定的范围内，避免车轮轮缘与轨道侧面的接触，也就可以避免啃轨现象的出现。由此本发明提出变频调速纠偏思想。

本发明可以用来实现防止和纠正起重机大车或小车等轨道运行机构在运行时的啃轨甚至脱轨现象，避免因啃轨或脱轨造成起重机坠落事故、车轮严重磨损造成频繁维修、更换车轮等。本发明能有效提高起重机运行稳定性安全性，广泛应用在老旧起重机安全改造、新造起重机安全升级等场合，具有极为明显的社会经济效益和安全效益。

本发明是这样实现的，一种起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统，在起重机车架上安装有多个第一位移传感器、第二位移传感器；

所述第一位移传感器、第二位移传感器均与计算机连接，由位移传感器测量出起重机车架相对于轨道的偏斜角度，再通过计算机比例换算成控制电压；

所述控制电压以差动方式或单动方式分别加在第一变频器、第二变频器上，第一变频器、第二变频器分别连接第一控制电动机、第二控制电动机；第一控制电动机、第二控制电动机分别调整第一驱动车轮、第二驱动车轮的行速。

进一步，第一位移传感器、第二位移传感器的数量均为2-6个。

本发明另一目的在于提供一种起重机运行机构防啃轨纠偏控制方法包括：

在轨道上行走的第一驱动车轮、第二驱动车轮中心线与轨道中心线发生偏移时，车轮就会存在侧向移动，这些位移传感器安装在车架角点处，就可以能检测到这些位移。计算机采集到这些偏移量后，通过一定的算术运算就可得到车架的偏斜量，通过一定控制方式的运算，发出控制信号，经过D/A转换成控制电压调整两套变频器的输出频率，改变主动车轮的运行速度，从而就可以达到纠正车架偏斜的目的。

计算机使第一控制电动机、第二控制电动机输出力矩发生差异，产生调整力，使起重机运行状况自动纠正。

进一步，计算机算术运算中比例换算控制的电压为纠偏电压，纠偏电压保持周期与信号采样间隔时间相等，按起重机的运行速度而改变；

起重机运行状况自动纠正中，第一变频器、第二变频器在纠偏电压作用下，其中一变频器升高输出频率，另一变频器则降低输出频率，使受对应控制的电动车轮增加行驶速度或降低行驶速度；

或者一变频器保持输出频率不变，另一变频器作出调整，达到纠正起重机车架的偏斜。

本发明另一目的在于提供一种起重机运行机构防啃轨装置，包括运行机构端梁主体、连接法兰、加强筋板、支架压紧连接螺栓组、水平导向轮支架、螺栓垫板、水平导向轮、偏心轴、水平导向轮端盖及水平导向轮安装长圆孔；

所述运行机构端梁主体端部与连接法兰焊接在一起，加强筋板分别与运行机构端梁主体和连接法兰焊接；

所述水平导向轮支架与连接法兰通过支架压紧连接螺栓组连接在一起；

所述螺栓垫板通过支架压紧连接螺栓组压在水平轮支架上的长圆孔上面；

所述水平导向轮与偏心轴装配在一起；

所述偏心轴通过螺栓组固定安装在水平导向轮支架的长圆孔上；

所述水平导向轮端盖通过水平轮安装螺栓组安装在偏心轴的下端。

进一步，所述水平轮轴与水平轮支架的长圆孔配合部分为经过铣扁加工结构。

进一步，所述水平轮支架安装两个水平轮组，且在水平轮组里安装有滚动轴承

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述起重机运行机构防啃轨装置的大型或小型起重机。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述起重机运行机构防啃轨装置的车间搬运设备。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述起重机运行机构防啃轨装置的仓库搬运设备。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述起重机运行机构防啃轨装置的料场区域搬运设备。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的一种起重机运行机构防啃轨装置利用水平导向轮，使运行机构的车轮轮缘与轨道侧面的挤压滑动摩擦为滚动摩擦，可有效地减轻车轮与轨道的磨损。装置包括运行机构端梁主体，连接法兰，加强筋板，支架压紧连接螺栓组，水平导向轮支架，螺栓垫板，水平导向轮(包括滚动轴承)，偏心轴，水平导向轮端盖，水平导向轮安装长圆孔等构件。本发明通过在运行机构的车轮轮缘下侧安装侧导轮组合体，利用侧导轮顶住钢轨的侧面，使起重机车轮轮缘与钢轨侧面有微小的间隙，防止车轮轮缘与钢轨侧面接触摩擦，有效避免了运行机构的车轮轮缘内侧与钢轨的啃轨现象，增强了起重机运行时稳定性，降低起重机运行侧向摩擦阻力，减小车轮与轨道的摩擦噪音，同时消除了啃轨带来的重大安全隐患，有效地保证了起重机设备安全运行和人员安全。

与此同时，本发明还引入控制系统实现纠偏功能，如下图所示，该系统由位移传感器、计算机、变频器、电动机组成，是种能随时纠正车轮运行的偏差、保持车轮和轨道对准、有效地减少车轮轮缘与轨道侧面摩擦、延长车轮使用寿命，并能节约电力具有较高的经济价值的装置。

在起重机车架17上安装有2-6个第一位移传感器19、第二位移传感器20,第一位移传感器19、第二位移传感器20均与计算机16连接，由位移传感器测量出起重机车架相对于轨道的偏斜角度，再通过计算机技比例换算成控制电压，此控制电压以差动方式或单动方式分别加在第一变频器14、第二变频器18上，变频器将第一控制电动机15、第二控制电动机12分别调整第一驱动车轮11、第二驱动车轮13的行速。

设定按起重机的运行速度而改变，纠偏电压的保持周期与信号采样间隔时间相等。变频器在此控制电压的作用下，套升高输出频率，另套则降低输出频率，以便使受变频器控制的电动车轮边增加行驶速度，另一边则降低行驶速度:或者套保持输出频率不变，另一套作出调整。从而达到纠正车架的偏逻辑控偏斜，减少轮緣磨损的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的起重机运行机构防啃轨装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的水平导向轮支架结构示意图。

图3是本发明实施例提供的水平导向轮结构示意图。

图4是本发明实施例提供的导向轮总体结构装配示意图。

图中：1、运行机构端梁主体；2、连接法兰；3、加强筋板；4、支架压紧连接螺栓组；5、水平导向轮支架；6、螺栓垫板；7、水平导向轮；8、偏心轴；9、水平导向轮端盖；10、水平导向轮安装长圆孔。

图5是本发明实施例提供的起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统示意图。

图中：11、第一驱动车轮；12、第二控制电动机；13、第二驱动车轮；14、第一变频器；15、第一控制电动机；16、计算机；17、起重机车架；18、第二变频器；19、第一位移传感器；20、第二位移传感器；(a)第一驱动车轮连接示意图；(b)、计算机连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，不能解决起重机运行机构(大车或小车)的啃轨现象，没有通过在车轮轮缘下侧安装侧导轮组合体、利用侧导轮顶住钢轨的侧面以及没有使起重机车轮轮缘与钢轨侧面有微小的间隙，造成车轮组在运行过程中车轮轮沿和轨道之间的磨损，起重机运行时稳定性差，而且不能降低起重机运行侧向摩擦阻力，使小车轮与轨道的摩擦噪音大，无法避免车轮轮缘内侧与钢轨的啃轨现象。

为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细描述。

如图1-图4所示，本发明实施例提供的起重机运行机构(大车或小车|)防啃轨装置，包括运行机构端梁主体1，连接法兰2，加强筋板3，支架压紧连接螺栓组4，水平导向轮支架5，螺栓垫板6，水平导向轮7，偏心轴8，水平导向轮端盖9，水平导向轮安装长圆孔10；所述运行机构端梁主体1端部与连接法兰2焊接在一起，加强筋板3同运行机构端梁主体1和连接法兰2焊接；所述水平导向轮支架5与连接法兰2用支架压紧连接螺栓组4连接在一起；所述水平轮7与偏心轴8装配在一起，并通过水平导向轮安装螺栓组将偏心轴8固定安装在水平导向轮支架5上的长圆孔10上；所述水平轮端盖9通过水平轮安装螺栓组9安装在偏心轴8的下端；所述螺栓垫板6通过水平轮安装螺栓组6压在水平轮支架5上的长圆孔10上面。

在本发明实施例中，所述偏心轴8与水平轮支架5的长圆孔10配合部分是经过铣扁加工的，目的是当偏心轴8安装在长圆孔12上后，使偏心轴8在任何情况下都可以保持不会转动。

在本发明实施例中，所述每个水平轮支架5安装两个水平导向轮7，且水平轮7里安装有滚动轴承。所述水平轮支架5上设置安装长圆孔10的目的是，便于灵活调整两个水平导向轮7与轨道之间的间距，以适应各种不同型号的轨道宽度。首先，在起重机运行开始出现跑偏倾向时，防啃轨水平轮组装置立即能给出一个纠偏力并始终施加(设计值范围是1787～2675kg)，随着起重机偏移量增大而自动增加纠偏力，以此减缓起重机运行偏斜的程度，直到偏斜被修正。当起重机运行偏斜的侧向力过大时，出现啃轨现象，此时水平轮的最大纠偏力仍然在起作用，啃轨产生的危害被极大地降低。防啃轨水平轮组装置给出最大的纠偏力(可根据现场使用情况调整设计值)，是在起重机运行的各个相关部件(如轨道、轴承、底座等)强度允许范围内。防啃轨水平轮适应复杂情况保护设备能力，还体现在即使钢轨侧面在接缝处或其它某个部位出现不平滑突起，对行使到此处的老式水平轮会形成突然性的冲击，而自动调力水平轮组能缓冲并化解这种突然性的冲击，避免由此带来的对水平轮组轴承和起重机轨道、传动部件巨大的破坏力。

如图5所示，本发明实施例提供的起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统实现纠偏功能，该系统由位移传感器、计算机、变频器、电动机组成，是种能随时纠正车轮运行的偏差、保持车轮和轨道对准、有效地减少车轮轮缘与轨道侧面摩擦、延长车轮使用寿命，并能节约电力具有较高的经济价值的装置。

在起重机车架17上安装有2-6个第一位移传感器19、第二位移传感器20,第一位移传感器19、第二位移传感器20均与计算机16连接，由位移传感器测量出起重机车架相对于轨道的偏斜角度，再通过计算机技比例换算成控制电压，此控制电压以差动方式或单动方式分别加在第一变频器14、第二变频器18上，变频器将第一控制电动机15、第二控制电动机12分别调整第一驱动车轮11、第二驱动车轮13的行速。

设定按起重机的运行速度而改变，纠偏电压的保持周期与信号采样间隔时间相等。变频器在此控制电压的作用下，套升高输出频率，另套则降低输出频率，以便使受变频器控制的电动车轮边增加行驶速度，另一边则降低行驶速度:或者套保持输出频率不变，另一套作出调整。从而达到纠正车架的偏逻辑控偏斜，减少轮緣磨损的目的。

在本发明实施例中，起重机运行机构防啃轨纠偏控制方法包括：

在轨道上行走的第一驱动车轮、第二驱动车轮中心线与轨道中心线发生偏移时，车轮就会存在侧向移动，这些位移传感器安装在车架角点处，就可以能检测到这些位移。计算机采集到这些偏移量后，通过一定的算术运算就可得到车架的偏斜量，通过一定控制方式的运算，发出控制信号，经过D/A转换成控制电压调整两套变频器的输出频率，改变主动车轮的运行速度，从而就可以达到纠正车架偏斜的目的。

计算机使第一控制电动机、第二控制电动机输出力矩发生差异，产生调整力，使起重机运行状况自动纠正。

计算机算术运算中比例换算控制的电压为纠偏电压，纠偏电压保持周期与信号采样间隔时间相等，按起重机的运行速度而改变；

起重机运行状况自动纠正中，第一变频器、第二变频器在纠偏电压作用下，其中一变频器升高输出频率，另一变频器则降低输出频率，使受对应控制的电动车轮增加行驶速度或降低行驶速度。

或者一变频器保持输出频率不变，另一变频器作出调整，达到纠正起重机车架的偏斜。

在本发明具体实例应用中，车轮在轨道上行走当车轮中心线与轨道中心线发生一定偏移时，经数信号自动检利系统获得啃轨信号经过滤液后输出给纠骗逻辑控制系统。同时运行机构工作状态检到系统随时对运行的正反转、速度档位等信号进行检测，并输出给纠复系统。纠偏逻辑控制系统对啃轨信号检测和运行机构工作状态检测两大部分输入的信息进行逻辑分析，确定纠编调整信号，并输出给运行控制系统。使左、右侧电机输出力矩发生差异。左右侧电机输出力矩产生差异即产生调整力，使起重机运行状况自动纠正。

下面结合效果对本发明作进一步描述。

本发明解决了起重机运行机构(大车或小车)的啃轨现象，通过在车轮轮缘下侧安装侧导轮组合体，利用侧导轮顶住钢轨的侧面，使起重机车轮轮缘与钢轨侧面有微小的间隙，防止车轮轮缘与钢轨侧面接触摩擦，避免了车轮组在运行过程中车轮轮沿和轨道之间的磨损，增强了起重机运行时稳定性，降低起重机运行侧向摩擦阻力，减小车轮与轨道的摩擦噪音，有效避免车轮轮缘内侧与钢轨的啃轨现象。

下面结合与原有技术的对比对本发明作进一步描述。

	原有技术	本方案
			轮轨最大接触应力	406.5MPa	243.9MPa
最大运行阻力	48300N	34500N
			轨距最大变形量	2.977mm	1.761mm

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统，其特征在于，所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统在起重机车架上安装有多个第一位移传感器、第二位移传感器；

所述第一位移传感器、第二位移传感器均与计算机连接，由位移传感器测量出起重机车架相对于轨道的偏斜角度，再通过计算机比例换算成控制电压；

所述控制电压以差动方式或单动方式分别加在第一变频器、第二变频器上，第一变频器、第二变频器分别连接第一控制电动机、第二控制电动机；第一控制电动机、第二控制电动机分别调整第一驱动车轮、第二驱动车轮的行速。

2.如权利要求1所述的起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统，其特征在于，第一位移传感器、第二位移传感器的数量均为2-6个。

3.一种如权利要求1所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统的起重机运行机构防啃轨纠偏控制方法，其特征在于，所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制方法包括：

在轨道上行走的第一驱动车轮、第二驱动车轮中心线与轨道中心线发生偏移时，车轮侧向移动，安装在车架角点处的位移传感器，检测到这些位移；计算机采集到这些偏移量后，通过算术运算得到车架的偏斜量，发出控制信号，经过D/A转换成控制电压调整两套变频器的输出频率，改变主动车轮的运行速度，达到纠正车架偏斜；

计算机控制第一控制电动机、第二控制电动机输出力矩的差异，产生调整力，使起重机运行状况自动纠正。

4.如权利要求3所述的起重机运行机构防啃轨纠偏控制方法，其特征在于，计算机算术运算中比例换算控制的电压为纠偏电压，纠偏电压保持周期与信号采样间隔时间相等，按起重机的运行速度而改变；

起重机运行状况自动纠正中，第一变频器、第二变频器在纠偏电压作用下，其中一变频器升高输出频率，另一变频器则降低输出频率，使受对应控制的电动车轮增加行驶速度或降低行驶速度；

或者一变频器保持输出频率不变，另一变频器作出调整，达到纠正起重机车架的偏斜。

5.一种起重机运行机构防啃轨装置，其特征在于，所述起重机运行机构防啃轨装置包括运行机构端梁主体、连接法兰、加强筋板、支架压紧连接螺栓组、水平导向轮支架、螺栓垫板、水平导向轮、偏心轴、水平导向轮端盖及水平导向轮安装长圆孔；

所述运行机构端梁主体端部与连接法兰焊接，加强筋板分别与运行机构端梁主体和连接法兰焊接；

所述连接法兰通过支架压紧连接螺栓组连接水平导向轮支架；

所述水平导向轮与偏心轴装配为一体；

所述水平导向轮安装螺栓组将偏心轴固定安装在水平导向轮支架的长圆孔上；

所述水平导向轮端盖通过水平轮安装螺栓组安装在偏心轴的下端。

6.如权利要求5所述的起重机运行机构防啃轨装置，其特征在于，所述水平轮轴与水平轮支架的长圆孔配合部分为经过铣扁加工结构；

所述水平轮支架安装两个水平轮组，且在水平轮组里安装有滚动轴承。

7.一种搭载权利要求1所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统的起重机。

8.一种搭载权利要求1所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统的车间搬运设备。

9.一种搭载权利要求1所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统的仓库搬运设备。

10.一种搭载权利要求1所述起重机运行机构防啃轨纠偏控制系统的料场区域搬运设备。