CN117642357A - 链式升降机的控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方法，该方法包括：当链式升降机移动载荷时检测共振的开始；确定该链式升降机的链轮的旋转的新速度以避免共振；以及控制该链式升降机以使用该新速度。

Description

链式升降机的控制

技术领域

本发明涉及一种链式升降机及其控制。

背景技术

链式升降机是可提升各种尺寸的载荷的装置的示例。链式升降机可被设计为例如用于工业用途，或者链式升降机可被设计为在娱乐行业中使用，例如用于实现舞台制作。当载荷例如借助于装置的链条附接到装置时，可以安全地提升和降低载荷是很重要的。因此，有利的是，载荷不会由吊链支撑而自由地摆动或弹跳，而是在提升和降低期间尽可能保持稳定。

链式升降机可包括链轮，该链轮可通过电动马达旋转，并且链轮拉动该链条，其中附接到链条的载荷可被提升和降低。链条包括链节，经由链节可以在链条的纵向方向上传送力。链节可包括竖直地或水平地彼此附接的交替链节，并且沿着交替链节的接触表面，链轮中的凹部成形为与这些链节相对应。由于凹部，链轮的有效直径发生变化，并且当链轮例如以恒定角速度旋转时，可变速度以脉动方式施加到链条。链条运动中的规则交替速度也可视为链条的交替力。因此，链条的运行可能产生脉动，这可能导致链条中的共振。当共振强烈时，共振会导致链式升降机发生振动，这种振动可能会传递到支撑结构，并且还可能在实际提升事件中造成危险情况。

发明内容

一种包括链条、链轮、马达和控制单元的设备，其中该装置还包括：用于当链式升降机移动载荷时确定共振的开始的装置；用于确定该链式升降机的链轮的旋转的新速度以避免共振的装置；和用于控制该链式升降机以使用该新速度的装置。

一种升降机，该升降机包括：用于当该链式升降机移动载荷时确定共振的开始的装置；用于确定该链式升降机的链轮的旋转的新速度以避免共振的装置；和用于控制该链式升降机以使用该新速度的装置。

一种用于控制链式升降机的方法，该方法包括：当该链式升降机移动载荷时确定共振的开始；确定该链式升降机的链轮的旋转的新速度以避免共振；以及控制该链式升降机以使用该新速度。

附图说明

图1a、图1b和图1c示出了链式升降机结构的示例。

图2借助于框图示出了一个示例性实施方案。

图3包括图312、322、323、314、324和334，并且示出了示例性实施方案的测量结果。

具体实施方式

可提升载荷的装置可以是例如链式升降机。链式升降机可包括链条、能够夹持载荷并附接在链条的端部处的装置、链轮、马达以及制动器。一些示例性实施方案还可包括变速器和能够控制马达的控制单元。控制单元还可指逻辑单元，并且其实现方式可以变化。该控制单元可包含例如变频驱动器。另外，链式升降机可具有用户界面，借助于该用户界面，链式升降机的操作可由其操作者控制。在一些示例性实施方案中，用户界面还可存在于通过有线或无线连接连接到链式升降机的单独装置中。

在一些示例中可使用链式升降机，使得链式升降机是升降系统的一部分，该升降系统除了链式升降机之外还可包括例如高架移动式起重机、轻型升降系统或摇臂起重机。

图1a示出了链式升降机100的简化示例。链式升降机100包括链条120，该链条可以是例如节链或滚链。链条连接到夹持装置，载荷130可借助于该夹持装置附接到链条，使得载荷悬挂在链条的末端。夹持装置可以是一个或多个附接机构。例如，吊钩可用作夹持装置。

链式升降机的壳体110包括链轮，链条120附接到该链轮，并且链条可借助于该链轮移动，使得载荷被降低或提升。链轮可借助于马达来旋转，即，马达然后功能性地附接到链轮。马达可以是电动马达，诸如例如可调速马达。马达可例如通过变频驱动器来控制。链式升降机的壳体还可包括变速器和制动器。

链式升降机的操作可例如由耦合到升降机的控制器控制，该控制器包括用于控制链式升降机的操作的按钮。使用按钮，可以例如提升和降低载荷，使得链条的长度可通过链轮卷起得更短或展开得更长。这可例如通过旋转链轮来执行，其中附接到链条的载荷被提升或降低，并且同时链轮与载荷之间的链条的长度改变。此外，链式升降机可包括控制单元，该控制单元可控制升降机的操作，诸如例如运行方向和/或运行速度。链式升降机还可包括变频驱动器，该变频驱动器可以是控制单元的一部分或者该变频驱动器可与控制单元连接。

链式升降机可借助于托架115来附接。在一些示例性实施方案中，附接还可以任何其他合适的方式进行。链式升降机可提升各种尺寸的载荷。例如，载荷可在100kg至2,500kg的重量范围内，但也可提升和降低其他重量范围内的载荷。最大载荷可为例如5,000kg或10,000kg。

图1b示出了链轮140。链轮140具有多边形形状并且其可包括齿，由此链条120可将其自身附接在链轮周围。然后，链条的自由未载荷端(该端未耦合到待提升的载荷)可下降到图中未示出的链条袋或壳体中。因此，链轮140的旋转(其随后可借助于电动马达来提供)导致链条120根据链轮120的旋转方向向上或向下移动。因此，载荷130可被提升或降低。

由于其多边形形状，当链轮旋转时，其角速度保持恒定或基本恒定，但其线速度发生变化。这种所谓的多边形现象导致链条120和附接到其的载荷130发生振动，该链条和该载荷一起形成弹簧质量系统。该弹簧质量系统具有固有振动频率，该固有振动频率取决于链条120的长度和载荷130的质量两者。由于在不同的提升步骤中链条120的自由长度以及在选择吊钩载荷时载荷130的质量可能会变化，因此可称为特征性频率的固有振动频率也会变化。

如果弹簧质量系统的固有振动频率接近运行频率，则这可能导致共振。这种共振可能是有害的，因为它导致载荷以不期望的方式摆动，这也可能是危险的。例如，出现困难的振动现象时，必须放慢链式升降机的使用速度，吊钩载荷可能会下降，或者吊钩载荷可能会随链式升降机一起下降。因此，期望能够防止这种共振的发展。

可通过多种方式避免共振的产生。在一些示例性实施方案中，可通过安装与电动马达连接的阻尼器来减少共振，该阻尼器控制电动马达的运行，使得可避免共振的产生。这种阻尼器可以是例如控制单元的一部分，或者另选地可以是其自身的单元。

在一些示例性实施方案中，可通过返回耦合来防止共振的发展，其中基于力测量来连续调节速度，使得由于链条速度的变化而导致的不均匀旋转所引起的力的变化最小化。然而，这需要快速响应以便能够有效地执行最小化。为了对返回耦合具有快速响应，该设备需要更充分有效的部件，这可能增加所需设备的成本和尺寸。

链式升降机还可包括滤波器单元，该滤波器单元可以是单独的单元或者是某个其他单元(诸如例如控制单元和/或变频驱动器)的一部分。图1c对此进行了说明，使得其示出了控制单元150的示例，该控制单元包括变频驱动器152、测量单元154和滤波器单元156。滤波器单元156可例如执行高通滤波，使得由链轮引起的振动可与力信号F_L分离，该力信号描述载荷对链条造成的力。为了接收力信号F_L，可以使用任何合适的测量方法。描述从滤波器单元156获得的振动的信号可在滤波器单元156或某个其他合适的单元中进行分析，使得可根据影响链条的力的部分的经滤波信号来确定一个振动周期的最小值F_min和最大值F_max。可根据最小值和最大值来计算差值F_PeakToPeak＝F_max-F_min。

滤波器单元156可针对几个不同的振动周期测量影响链条的力的部分的最小值和最大值，由此可以观察在几个振动周期期间力的最小值与最大值的差值发生了什么样的发展。该观察可例如在滤波器单元156或控制单元150中执行，并且其可借助于例如软件和存储器以及一个或多个处理器来实施。如果观察到差值F_PeakToPeak开始增加，则可推断出共振已开始。该推断可例如基于F_PeakToPeak已增加超过预定极限值。

为了避免开始共振，调节马达的控制，使得控制单元150调节马达运行链式升降机的速度的指令。控制单元150还可包括变频驱动器152。可通过在速度指令中添加校正项f_corr来调节指令。因此，速度指令确定了链轮借助于马达旋转的速度，并且因此链式升降机运行。该速度优选为角速度。当观察到共振增强(即增加)时，借助于校正项f_corr将速度调节到负方向。换句话说，避免共振也可理解为试图不完全阻尼振动，但随着共振增加，运行速度会改变，使得当向上运行时，速度可例如减速，而另一方面当向下运行时，速度可加速。仍应注意的是，必须控制速度的增加，并且加速可能意味着速度的边际增加。因此，避免共振可理解为完全避免共振或阻尼所产生的共振。不可控地或过多地增加速度可能会导致操作问题。此外，链式升降机及其部件具有在任何情况下都不得超过的极限速度，因此，速度的增加必须控制在链式升降机的特性范围内。这样，速度的变化可以克服共振。多边形现象本身并不是可以避免的，而是在自由链的每个长度中发生共振。通过使用添加到速度指令的校正项f_corr获得的优点是不需要单独的返回耦合设备，这自然会产生更多延迟并且会增加所需设备的尺寸。另外，返回耦合的延迟削弱了阻尼效应。速度变化不存在这种延迟，因为其目的不是阻尼单一振动，而是将速度变换到链条和载荷共振较少的速度范围。另外，借助于该布置，当通过共振点时，链条的运动可以改变的速度继续，由此换句话讲，系统状态和振动趋势由于链条的自由长度的变化而同时改变。实际上，校正项可能必须为负数。出于安全原因，可能不应该使用增加速度的校正。

如上所述，共振的增加可基于例如F_PeakToPeak已增加超过预定极限值来确定。该极限值可为F_on，其为可参数化的极限值，并且当超过该极限值时，变频驱动器(其可为例如控制单元的一部分)开始例如在负方向上积分。如果F_PeakToPeak再次低于可参数化的极限值F_off，则变频驱动器开始例如在正向上积分。

因此，校正项f_corr可通过以下方式来确定：

在上述方程中，为变频驱动器的放大倍数，t_s为程序的运行周期，并且f_maxcorr为校正项允许的最大校正。程序的运行周期可理解为描述校正项使用的时间点的时间。

图2借助于框图示出了实施方案的示例。框图的第一框S1示出测量信号，该信号也可称为力信号，该力信号描述载荷对链条造成的力。该测量可利用任何合适的测量方法来执行。例如，可使用可以是链式升降机的一部分或与链式升降机连接的设备，并且该设备可包括用于执行测量的装置。用于测量力的装置优选地连接到测量单元154。例如，变频驱动器可以是包括用于测量力的装置的设备。可测量力，例如使得该链式升降机包括单独的力传感器，使得由于重力而悬挂在链条中的载荷的静态力被施加到该力传感器。力传感器还能够测量由振动引起的动态力。此外，在一些示例性实施方案中，变频驱动器可根据通过马达的电流在马达轴上控制的旋转力矩的量值来测量提升期间的电载荷。该载荷与提升力成比例。电动马达优选为交流马达。

在框S2中，可对信号执行高通滤波。高通滤波可由任何合适的设备执行，该设备还可包括程序代码和用于执行该程序代码的装置。该设备可以是某个其他设备的一部分和/或链式升降机的一部分。另选地，该设备可与链式升降机连接。高通滤波可在例如变频驱动器中执行。高通滤波来自一个示例性实施方案，其目的是一种可基本上削减具有不同变量值的量的相等份额的方法。

框S3示出根据经高通滤波的信号从振动周期确定力的最小值和最大值。基于这些值，在框S4中确定共振是否已开始。这些确定可由适合其的设备和程序代码来完成。程序代码可存储在存储器中，并且其可借助于一个或多个处理器来执行。所利用的设备可以是链式升降机的一部分、某个其他设备的一部分或者连接到另一设备或链式升降机。该设备可包括例如变频驱动器。

如果确定共振尚未开始，则可以再次移动到框S1，并且可在提升或下降期间连续进行检测。如果检测到共振已开始，则可以移动到框S5。框S5示出确定引起链式升降机的链轮旋转的马达的运行速度。该确定可在控制单元或单独的单元中完成，并且其可至少部分地借助于程序代码来完成。如果在单独的单元中进行确定，则该单元可以是链式升降机的一部分或者其可与链式升降机连接。该确定可在例如变频驱动器中执行。

图3示出了根据示例性实施方案的作为0秒至29秒之间的时间的函数的测量结果，此时链式升降机传递载荷，使得速度不改变(图表312、322、332，记为“关”)，并且然后使得速度改变(图表314、324、334，记为“开”)，此时已确定共振已开始。应注意的是，在测量和示出的示例(“关/开”)中，在检测振动之前指导速度wref相同，并且载荷质量m相同。图表312示出了马达在不同时间点的角速度。如图所示，速度保持恒定或几乎恒定。图表322示出了当马达导致链轮旋转使得链条的长度缩短并且载荷因此被提升时在对应时间点的链条长度。图表332示出了如何产生共振以及在大约20秒的点处共振如何增加，由此，在链条的振动系统和由重力引起的载荷中，由多边形链状链轮引起的频率充分接近振动系统的特征性频率，并且系统开始共振。这种共振使载荷摆动且不平衡，这可能导致危险情况并且因此是不期望的。

图表314再次示出了当马达的速度随着共振开始而改变时马达在不同时间点的角速度。图表324示出了当马达导致链轮旋转使得链条的长度缩短并且载荷因此被提升时的链条长度。图表334示出了共振如何开始。如从图表314和334可见，当共振开始时，马达的角速度同时或基本上同时改变。图表324示出了在时间点18-22秒，速度降低对角系数的微小变化的影响。当换句话讲在图表314中，速度已从水平500降低到水平400，这等于大约-20％的变化时，在链式升降机的提升运行中未发生非常显著的变化。即使振动显著降低，这种变化也不会显著削弱提升能力。因此，振动的最小点和最大点保持比当速度不随着共振开始而改变时更缓和。在图表312、322和332中，“关”条件通过以下值来描述：提升速度wref＝2.46pu，载荷质量m＝106kg，振动期间的最大力fp2p＝5060N，此时载荷距地面的高度为2.45m。换句话讲，在图表314、324和334中，“关”条件通过以下值来描述：提升速度wref＝2.46pu，载荷质量m＝106kg，振动期间的最大力fp2p＝2520N，此时载荷距地面的高度为0.58m。在这些示例性实施方案中，已实现了最大振动力的减半。另外，振动链的长度在最大振动中移动到长度的不同点，这也显示了示例性实施方案的良好功能性。在该示例中，预定极限值被选择为使得力的最大值和最小值的差值低于2,520，调节不会激活。当然，为调节系统设置不同的参数将能够产生阻尼，甚至对这种振动量也是如此。此外，当利用该方法时，最高振幅的振动可能发生在与“关”状态不同的链长度中。

还应注意的是，如果由链条和载荷形成的弹簧质量系统的弹簧常数预先已知，则可利用该信息，并且因此基于链条长度和载荷确定连续可避免的共振频率。在这样的示例性实施方案中，因此可以省略基于振动周期期间的力的最大值和最小值之间的差值对共振的开始的检测。

在一些示例性实施方案中，并不总是能够预先知道由链条和载荷形成的弹簧质量系统的弹簧常数。这可能是由于例如载荷的质量在不同情况下变化，或者质量未知，或者可用链条例如在它们的尺寸和/或刚度方面存在差异。另外，链条在使用中可能会磨损，这可能会改变其特性。如果在提升期间被提升的载荷的质量发生变化(这可能非常不寻常)，则振动系统的特性和特征性振动频率可能发生变化。例如，当被提升的载荷包括正在泄漏的容器时，被提升的载荷的质量可能会改变。当链条长度较长时，吊钩载荷上方的自由链条的质量也可能对被提升的总质量产生影响。

借助于上述示例性实施方案，因此可避免共振，而不需要更多用于返回耦合的设备。另外，可足够快地改变速度以便能够有效地避免共振。通过减小振动动态力，可以延长链式升降机的寿命并避免被提升的载荷掉落。此外，附接有链式升降机的高架结构的载荷较小。应注意的是，链式升降机可以很容易更换为新的链式升降机，但如果高架结构受损，则需要更高的维修或加固要求。

对于本领域技术人员还显而易见的是，即使上文描述了一些示例性实施方案，但本发明也可以各种方式实施，并且本发明因此不限于上述实施方案的示例。

Claims (13)

1.一种设备，所述设备包括：

用于当通过链式升降机移动载荷时检测共振的开始的装置；

用于确定所述链式升降机的链轮的旋转的新速度使得避免共振的装置；和

用于控制所述链式升降机以使用所述新速度的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：

用于测量信号的装置，所述信号描述所述载荷对链条造成的力；

用于对所述信号执行高通滤波并且用于确定在振动周期期间影响所述链式升降机的所述链条的最大力和最小力，以及

基于所述最大值和所述最小值确定所述共振的开始的装置。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中通过向速度指令添加校正项来确定所述新速度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中当所述振动周期的所述最大值和所述最小值的差值超过预定义极限值时，确定共振已开始。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述新速度被确定为使得如果所述链式升降机向上运行则速度减速并且如果所述链式升降机向下运行则所述速度加速。

6.一种包括根据权利要求1至5中任一项所述的设备的链式升降机。

7.一种升降机，所述升降机为高架移动式起重机、轻型升降系统或摇臂起重机，并且所述升降机包括根据权利要求6所述的链式升降机。

8.一种方法，包括：

当通过链式升降机移动载荷时确定共振的开始；

确定所述链式升降机的链轮的旋转的新速度使得避免共振；以及

控制所述链式升降机以使用所述新速度。

9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：

测量信号，所述信号描述所述载荷对链条造成的力；

对所述信号进行高通滤波并确定在振动周期期间影响所述链式升降机的所述链条的最大力和最小力，以及

基于所述最大值和所述最小值确定所述共振的开始。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中通过向速度指令添加校正项来确定所述新速度。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中当所述振动周期的所述最大值和所述最小值的差值超过预定义极限值时，确定共振已开始。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中所述新速度被确定为使得如果所述链式升降机向上运行则速度减速并且如果所述链式升降机向下运行则所述速度加速。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中在提升或降低所述链式升降机期间连续实施所述方法。