CN112357799A - 一种火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起重设备技术领域，具体地说，涉及一种火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法。包括并排设置的两个变频电机，两个变频电机分别通过齿形制动盘联轴器同时连接在行星齿轮减速器，齿形制动盘联轴器的一侧设有液压推杆制动器，行星齿轮减速器远离变频电机的一端设有卷筒组件，卷筒组件包括卷筒，卷筒的一端一侧设有安全制动器，卷筒上绕设有连接组件。本发明设计可以实现安全冗余，拉宽了调速范围；同时具有起升电机断轴、断绳保护功能；另外能够对负载安全进行自动监测，具有急停、过载和电机过热等安全保护功能；此外还具有钢丝绳防断保护功能，在钢丝绳断裂的情况下吊载物体可以保持平衡状态。

Description

一种火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法

技术领域

本发明涉及起重设备技术领域，具体地说，涉及一种火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法。

背景技术

航天发射塔为满足运载火箭、卫星、飞船等航天飞行器各子集的起竖、吊装、对接，常在其顶部设计有具备良好工作性能的起重吊装设备，起重设备以塔式起重机为主，由于其特殊的工作条件和使用要求，通常不选用民用吊车而是进行单独设计。

火箭对接用塔吊具有大载荷大行程吊车的特点，同时由于其提升载荷大，行程长，制动冲击、失效安全等因素成为影响设备安全性可靠性的重要因素，常用提升装置多采用钢丝绳卷扬机提升。但是，常见的卷扬机对于大行程大载荷吊装工况，存在以下不足；当行程大时，卷筒长度不断增加，装置体量变庞大；吊车上端空间非常有限，为整体设计带来不便；当电机故障失效时，系统无法运行，没有冗余备份手段；减速机为固定速比，调试范围有限；大载荷吊装减速时，使用变频器控制电机减速，无备份手段；钢丝绳无安全冗余措施等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供一种火箭对接用吊车提升卷扬装置，包括并排设置的两个变频电机，两个所述变频电机分别通过齿形制动盘联轴器同时连接在行星齿轮减速器，所述齿形制动盘联轴器的一侧设有液压推杆制动器，所述行星齿轮减速器远离所述变频电机的一端设有卷筒组件，所述卷筒组件包括卷筒，所述卷筒与所述行星齿轮减速器之间设有球铰卷筒联轴器，所述卷筒的另一端设有短轴用滚动轴承支承，所述卷筒靠近所述短轴用滚动轴承支承的一端一侧设有安全制动器，所述卷筒上绕设有连接组件，所述连接组件包括钢丝绳，所述钢丝绳上设有滑轮组件，所述滑轮组件包括定滑轮组和动滑轮组，所述钢丝绳依次绕过所述定滑轮组和所述动滑轮组，所述钢丝绳靠近所述定滑轮组处两侧均设有安全绳，所述钢丝绳远离所述卷筒处滑动连接有吊钩。

作为本技术方案的进一步改进，所述变频电机的底端通过螺栓连接有支座，所述变频电机的输出轴通过齿形制动盘联轴器与所述行星齿轮减速器的输入轴连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述液压推杆制动器设置在所述行星齿轮减速器的输入轴上。

作为本技术方案的进一步改进，所述卷筒的外侧壁上并排设有两组折线绳槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述球铰卷筒联轴器的一端轴连接在所述卷筒的中心轴上，所述球铰卷筒联轴器的另一端与所述行星齿轮减速器的输出轴轴连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述钢丝绳的两端分别绕设到所述卷筒上的两组折线绳槽处。

本发明的目的之二在于，提供一种火箭对接用吊车提升卷扬方法，该方法应用于上述任一所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置中。

作为本技术方案的进一步改进，该方法包括如下步骤：

S1、将变频电机接通外界电源使其工作，变频电机经行星齿轮减速器传动到卷筒组件上，卷筒转动带动钢丝绳卷绕，钢丝绳带动吊钩上升；

S2、当其中一个变频电机发生故障，则控制系统发出报警信号，同时切换另一个作为备份的变频电机；

S3、当控制系统要运行时，则发出信号，液压推杆伸出克服弹簧力矩，液压推杆制动器打开，当无打开信号时，液压推杆制动器受弹簧力闭合制动；

S4、当行星齿轮减速器与卷筒相连的轴出现断裂失效等极端情况时，或控制系统检测到系统超速时，则控制系统会发出信号，安全制动器启动将卷筒制动住，确保吊装安全；

S5、当钢丝绳正常工作时，安全绳不受力，当工作中的钢丝绳发生断裂失效时，则安全绳承受吊钩的重力，确保物体不失控，同时控制系统发出报警信号；

S6、当吊钩上的吊载荷超过额定力矩时，则控制系统发出报警信号，液压推杆制动器与安全制动器同时启动，使卷筒延时停机，并停止吊钩的上升运动，只允许吊钩下降。

本发明的目的之三在于，提供一种火箭对接用吊车提升卷扬控制装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任一的火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法的步骤。

本发明的目的之四在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一的火箭对接用吊车提升卷扬方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该火箭对接用吊车提升卷扬装置及方法中，采用双变频电机、行星减速器、折线卷筒搭配低速安全制动器的组合结构，实现安全冗余，拉宽了调速范围；同时至少设置两级可靠的制动器，使其具有起升电机断轴、断绳保护功能，保证在任何故障情况下不会出现带载下滑现象；另外能够对负载安全进行自动监测，具有急停、过载和电机过热等安全保护功能；此外钢丝绳缠绕采用交叉缠绕方式使其具有钢丝绳防断保护功能，在钢丝绳断裂的情况下吊载物体可以保持平衡状态，并可以将物体安全放置地面。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的局部结构示意图；

图3为实施例1的局部俯视结构示意图；

图4为实施例1中A处的放大结构示意图；

图5为实施例1中的钢丝绳缠绕结构示意图；

图6为实施例1中的安全绳连接结构示意图；

图7为实施例1中控制系统的结构框图；

图8为实施例1的控制系统装置结构示意图。

图中：

1、变频电机；11、支座；

2、齿形制动盘联轴器；

3、行星齿轮减速器；

4、液压推杆制动器；

5、卷筒组件；51、卷筒；511、折线绳槽；52、球铰卷筒联轴器；53、短轴用滚动轴承支承；

6、安全制动器；

7、连接组件；71、钢丝绳；72、安全绳；

8、滑轮组件；81、定滑轮组；82、动滑轮组；

9、吊钩。

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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-8所示，本实施例的目的之一在于，提供一种火箭对接用吊车提升卷扬装置，包括并排设置的两个变频电机1，两个变频电机1分别通过齿形制动盘联轴器2同时连接在行星齿轮减速器3，齿形制动盘联轴器2的一侧设有液压推杆制动器4，行星齿轮减速器3远离变频电机1的一端设有卷筒组件5，卷筒组件5包括卷筒51，卷筒51与行星齿轮减速器3之间设有球铰卷筒联轴器52，卷筒51的另一端设有短轴用滚动轴承支承53，卷筒51靠近短轴用滚动轴承支承53的一端一侧设有安全制动器6，卷筒51上绕设有连接组件7，连接组件7包括钢丝绳71，钢丝绳71上设有滑轮组件8，滑轮组件8包括定滑轮组81和动滑轮组82，钢丝绳71依次绕过定滑轮组81和动滑轮组82，钢丝绳71靠近定滑轮组81处两侧均设有安全绳72，钢丝绳71远离卷筒51处滑动连接有吊钩9。

本实施例中，变频电机1的底端通过螺栓连接有支座11。

其中，支座11采用钢板或型材焊接而成，使其具备足够的强度，其下端与安装基础进行焊接连接，上端通过螺栓与变频电机1、行星齿轮减速器3等部件相连，其中间设置调整垫片，确保各部件中心高度在误差范围内。

进一步地，变频电机1的输出轴通过齿形制动盘联轴器2与行星齿轮减速器3的输入轴连接。

进一步地，变频电机1的输出轴安装有编码器。

本实施例中，液压推杆制动器4为常闭型，液压推杆制动器4设置在行星齿轮减速器3的输入轴上，则小制动力力矩即可实现制动。

进一步地，齿形制动盘联轴器2的外形加工盘状圆盘，配合液压推杆制动器4进行制动，增强制动效果。

其中，行星齿轮减速器3可实现双电机输入在线冗余，也可实现增大调速范围的效果。

本实施例中，卷筒51为双联卷筒，其外侧壁上并排设有两组折线绳槽511，可实现多层缠绕不乱绳，进而满足大行程的需要，卷筒51两端立板高度不一样，一端加工平整，做制动盘使用，两端的高度和加工精度不一样，制动盘侧面可开孔，加强通风散热，保证连续制动效果。

进一步地，球铰卷筒联轴器52的一端轴连接在卷筒51的中心轴上，球铰卷筒联轴器52的另一端与行星齿轮减速器3的输出轴轴连接。

其中，球铰卷筒联轴器52优选为WZL型球铰卷筒联轴器。

具体地，安全制动器6优选采用摩擦盘式制动器，其为常闭型模块化制动器，可以实现延时1秒制动，提前1秒松闸。

其中，为了满足制动力矩需求，可以同时使用多个安全制动器6。

本实施例中，钢丝绳71的两端分别绕设到卷筒51上的两组折线绳槽511处。

具体地，在卷筒51的轴端安装机械限位开关加多圈绝对式编码器，用于高度限制，同时卷筒51的轴端安装超速开关，与安全制动器6控制联动。

其中，制动盘厚度L1应满足安全制动器6的使用需要，且L1小于卷筒51的侧壁厚L2，形成凸台结构和结构限位，防止安全制动器6松动或与钢丝绳71发生摩擦碰撞。

进一步地，卷筒侧壁的高度L3应满足钢丝绳71多层缠绕的需要，并留有一定的安全高度。

进一步地，本实施例在卷筒51的输出轴上安装钳盘式制动器，可以直接对卷筒51制动，且制动力矩大，适合于大载荷的制动，并且制动力矩可调，极大提高对卷筒51的减速与制动效果。另外，由于钳盘式制动器安装在动力输出端，既使卷筒51、变频电机1等其它元件出现故障，也可通过钳盘式制动器实现制动目的，提高提升吊装大载荷的安全性能。

值得说明的是，设计时可通过制动力矩L4和安全制动器6的选型，综合决定制动力矩大小。

其中，钳盘式制动盘的制动力矩采用如下公式计算：制动盘的制动力矩＝制动力(制动块选型决定)*制动盘半径(L4)；

制动力采用如下公式计算：制动力＝液压缸的活塞推力*摩擦系数；

其中，以上两组公式均为现有公式，在此不再对公式涉及参数进行详述；由上述两组公式可以看出，制动压力和制动半径是决定制动器制动力矩大小的根本原因。

本实施例中，钢丝绳71优选采用一根绳体的两端卷绕进同一卷筒51，避免两根钢丝绳71卷绕进两个卷筒51时出现的钢丝绳71受力不平衡，从而导致双卷筒累计同步误差大的情况，同时增加的安全绳72可以避免钢丝绳71存在断绳失控的风险。

进一步地，安全绳72选用与钢丝绳71同直径的钢丝绳，其一端与钢丝绳71通过钢丝绳夹相连，钢丝绳夹规格根据钢丝绳71的直径确定，钢丝绳夹的数量不少于3个；其另一端与钢丝绳套环缠绕，通过套环中心孔与固定结构连接。

具体地，安全钢丝绳长度比其连接的空间距离长0.5d～1d(d为钢丝绳直径)。

本实施例中，定滑轮组81和动滑轮组82均可根据需要选择倍率组合。

进一步地，定滑轮组81用于钢丝绳71转向和动态调节，当钢丝绳71受力误差累计到一定量时，工作中的钢丝绳71通过定滑轮组81可以实现自适应，可实现钢丝绳71受力平衡。

具体地，本实施例中优选采用轴销式荷载传感器安装于吊钩9的平衡定滑轮处；进一步地，载荷显示器数据传导至PLC，其信号在监控工作站的上位机显示。

本实施例的目的之二在于，提供一种火箭对接用吊车提升卷扬方法，包括如下步骤：

S1、将变频电机1接通外界电源使其工作，变频电机1经行星齿轮减速器3传动到卷筒组件5上，卷筒51转动带动钢丝绳71卷绕，钢丝绳71带动吊钩9上升；

S2、当其中一个变频电机1发生故障，则控制系统发出报警信号，同时切换另一个作为备份的变频电机1；

S3、当控制系统要运行时，则发出信号，液压推杆伸出克服弹簧力矩，液压推杆制动器4打开，当无打开信号时，液压推杆制动器4受弹簧力闭合制动；

S4、当行星齿轮减速器3与卷筒51相连的轴出现断裂失效等极端情况时，或控制系统检测到系统超速时，则控制系统会发出信号，安全制动器6启动将卷筒制动住，确保吊装安全；

S5、当钢丝绳71正常工作时，安全绳72不受力，当工作中的钢丝绳71发生断裂失效时，则安全绳72承受吊钩9的重力，确保物体不失控，同时控制系统发出报警信号；

S6、当吊钩9上的吊载荷超过额定力矩时，则控制系统发出报警信号，液压推杆制动器4与安全制动器6同时启动，使卷筒51延时停机，并停止吊钩9的上升运动，只允许吊钩9下降。

进一步地，考虑到该起重机所吊装设备的特殊性，电控系统各机构采用变频驱动，变频器采取冗余设计，冗余设计的变频器互为热备用，故障切换时间小于20s。

进一步地，通讯由两部分组成，上位机与PLC采用工业以太网的通讯方式，可以满足大量数据的通讯、交换。其底层设备包括：变频器、定位编码器、电力仪表与PLC的通讯采用以太网PROFINET或MODBUS，满足通讯的实时性。

具体地，编码器除了可以选择安装在卷筒51输出轴的轴端外，也可以选择安装在变频电机1输出轴的轴端。

其中，选择安装在卷筒51输出轴的轴端，测量比较直接，不需要速比换算，但是编码器需要选择起重类重型编码器，具备一定的防冲击性能。编码器装在变频电机1输出轴的轴端，冲击小，但是需要根据减速机速比进行换算，存在误差放大、精度不够高的风险。因此，本实施例将编码器同时安装在卷筒51输出端和变频电机1输入端的轴端，两者互为备份，互相监测。其中，如图7所示，本实施例的控制系统包括可编程逻辑控制器PLC和与PLC双向通信的人机交互界面，其中，PLC的控制输入端与编码器、与动力机构的驱动电机连接的变频器和制动器连接，PLC的控制输出端与检测系统的其它元器件连接。

进一步地，在起升电动机、起升卷筒组上各设置一个脉冲编码器，从而构成二套速度检测系统，传动链在发生故障、吊钩失速、吊钩超速等情况下及时报警，发出信号，控制安全制动器制动。

具体地，起升机构设置起升力矩限制系统，其信号在监控工作站的上位机显示，同时还另外在桥架设置一个显示屏；当起吊载荷达到额定力矩的90％时，能发出提示性报警信号；当起吊裁荷达到额定力矩的105％时，延时停机；当起吊载荷达到额定力矩的110％时，将停止吊钩上升运动，只允许吊钩下降。

参阅图8，示出了本实施例所涉及的提供一种火箭对接用吊车提升卷扬控制系统装置结构示意图，该装置包括处理器、存储器和总线。

处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与处理器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的火箭对接用吊车提升卷扬方法。

可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的火箭对接用吊车提升卷扬方法的步骤。

可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面火箭对接用吊车提升卷扬方法的步骤。

需要说明的是，图编码模块、建立云模型模块、感知检测模块的功能具体参见各模块对应的方法部分的描述，这里就不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储与一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：包括并排设置的两个变频电机(1)，两个所述变频电机(1)分别通过齿形制动盘联轴器(2)同时连接在行星齿轮减速器(3)，所述齿形制动盘联轴器(2)的一侧设有液压推杆制动器(4)，所述行星齿轮减速器(3)远离所述变频电机(1)的一端设有卷筒组件(5)，所述卷筒组件(5)包括卷筒(51)，所述卷筒(51)与所述行星齿轮减速器(3)之间设有球铰卷筒联轴器(52)，所述卷筒(51)的另一端设有短轴用滚动轴承支承(53)，所述卷筒(51)靠近所述短轴用滚动轴承支承(53)的一端一侧设有安全制动器(6)，所述卷筒(51)上绕设有连接组件(7)，所述连接组件(7)包括钢丝绳(71)，所述钢丝绳(71)上设有滑轮组件(8)，所述滑轮组件(8)包括定滑轮组(81)和动滑轮组(82)，所述钢丝绳(71)依次绕过所述定滑轮组(81)和所述动滑轮组(82)，所述钢丝绳(71)靠近所述定滑轮组(81)处两侧均设有安全绳(72)，所述钢丝绳(71)远离所述卷筒(51)处滑动连接有吊钩(9)。

2.根据权利要求1所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：所述变频电机(1)的底端通过螺栓连接有支座(11)，所述变频电机(1)的输出轴通过齿形制动盘联轴器(2)与所述行星齿轮减速器(3)的输入轴连接。

3.根据权利要求1所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：所述液压推杆制动器(4)设置在所述行星齿轮减速器(3)的输入轴上。

4.根据权利要求1所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：所述卷筒(51)的外侧壁上并排设有两组折线绳槽(511)。

5.根据权利要求1所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：所述球铰卷筒联轴器(52)的一端轴连接在所述卷筒(51)的中心轴上，所述球铰卷筒联轴器(52)的另一端与所述行星齿轮减速器(3)的输出轴轴连接。

6.根据权利要求4所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置，其特征在于：所述钢丝绳(71)的两端分别绕设到所述卷筒(51)上的两组折线绳槽(511)处。

7.一种火箭对接用吊车提升卷扬方法，其特征在于：该方法应用于权利要求1-6任一所述的火箭对接用吊车提升卷扬装置中。

8.根据权利要求7所述的火箭对接用吊车提升卷扬方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将变频电机(1)接通外界电源使其工作，变频电机(1)经行星齿轮减速器(3)传动到卷筒组件(5)上，卷筒(51)转动带动钢丝绳(71)卷绕，钢丝绳(71)带动吊钩(9)上升；

S2、当其中一个变频电机(1)发生故障，则控制系统发出报警信号，同时切换另一个作为备份的变频电机(1)；

S3、当控制系统要运行时，则发出信号，液压推杆伸出克服弹簧力矩，液压推杆制动器(4)打开，当无打开信号时，液压推杆制动器(4)受弹簧力闭合制动；

S4、当行星齿轮减速器(3)与卷筒(51)相连的轴出现断裂失效等极端情况时，或控制系统检测到系统超速时，则控制系统会发出信号，安全制动器(6)启动将卷筒制动住，确保吊装安全；

S5、当钢丝绳(71)正常工作时，安全绳(72)不受力，当工作中的钢丝绳(71)发生断裂失效时，则安全绳(72)承受吊钩(9)的重力，确保物体不失控，同时控制系统发出报警信号；

S6、当吊钩(9)上的吊载荷超过额定力矩时，则控制系统发出报警信号，液压推杆制动器(4)与安全制动器(6)同时启动，使卷筒(51)延时停机，并停止吊钩(9)的上升运动，只允许吊钩(9)下降。

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