CN201647833U - 主动变频防摇系统及具有该系统的起重机 - Google Patents

主动变频防摇系统及具有该系统的起重机 Download PDF

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李小山
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Abstract

本实用新型公开了一种主动变频防摇系统及具有该系统的起重机,包括减摇滚筒和吊具上架,所述减摇滚筒由变频电机驱动旋转,卷绕用于吊挂所述吊具上架的钢丝绳;所述变频电机由变频器驱动控制,所述变频电机的实际转速和转向由检测装置采样后,反馈至变频器以用于变频器调节变频电机的转速。本实用新型的主动变频防摇系统采用恒力矩变频驱动控制方式,速度跟随好、稳定性强,可最大程度地保证减摇效果。将其应用于集装箱起重机中,在小车机构与升降机构联动时能够快速、明显地起到减轻吊具摇摆的作用,提高了集装箱的装卸效率,减少了放置集装箱时因吊具摇摆造成的碰箱事件的发生,改善了集装箱起重机的整机工作性能,保证了装卸作业的安全性。

Description

主动变频防摇系统及具有该系统的起重机
技术领域
[0001] 本实用新型属于起吊系统技术领域,具体地说,是涉及一种用于防止起吊装置摇 摆的防摇系统以及采用该防摇系统设计的起重机。
背景技术
[0002] 在港口和码头的集装箱装卸过程中,起重机扮演着极其重要的角色。无论是轨道 式集装箱龙门起重机(通常简称为轨道吊),还是轮胎式集装箱龙门起重机(通常简称为轮 胎吊),在使用过程中都存在着集装箱吊具摇摆的现象。尤其是在起重机上的小车机构与升 降机构联动的情况下,摇摆现象更为突出,难以实现快速地着箱、抓箱或者很难把集装箱准 确地放到位,从而严重影响了装卸作业的操作效率和安全性。特别是在当今港口集装箱运 输快速发展的时期,这个问题已经成为束缚集装箱装卸操作效率和安全性的严重瓶颈。
[0003] 为了解决上述问题,传统的设计方案是在现有的起重机上装配力矩电机加单向滚 筒的减摇系统,完全靠定制电机自身驱动力矩控制来减轻升降机构的摇摆幅度,存在适应 性和减摇跟随性差等缺陷,减摇效果不好。
实用新型内容
[0004] 本实用新型为了解决现有的减摇系统采用力矩电机加单向滚筒的设计方案存在 减摇跟随性差、减摇效果不佳的问题,提供了一种主动变频防摇系统,采用变频器驱动变频 电机带动减摇滚筒卷绕固定在吊具上的钢丝绳相互配合升降,从而达到了减摇目的。
[0005] 为了解决上述技术问题,本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0006] 一种主动变频防摇系统,包括减摇滚筒和吊具上架,所述减摇滚筒由变频电机驱 动旋转,卷绕用于吊挂所述吊具上架的钢丝绳;所述变频电机由变频器驱动控制,所述变频 电机的实际转速和转向由检测装置采样后,反馈至变频器以用于变频器调节变频电机的转 速。
[0007] 优选的,所述检测装置优选采用编码器进行系统设计。
[0008] 进一步的,所述变频器应采用具有自学习功能的变频器,其交流电源输出端通过 串联的热继电器连接所述变频电机的供电端。
[0009] 又进一步的,所述变频器的控制端连接主控制器,接收主控制器输出的运行指令, 并在系统故障时向主控制器反馈故障信号。
[0010] 再进一步的,所述变频器的交流电源输入端通过串联的空气开关连接主供电回路。
[0011] 为了实现对变频电机的制动控制,在所述减摇滚筒的输出轴上安装有制动器,所 述制动器在接收到主控制器输出的制动指令时使减摇滚筒停转。
[0012] 为了提高系统的减摇跟随性,所述减摇滚筒优选采用单向滚筒,其上卷绕的钢丝 绳通过换向滑轮延伸至吊具上架,并固定在所述的吊具上架上,以实现对所述吊具上架的 吊挂。[0013] 更进一步的,所述减摇滚筒、变频电机和变频器均包括四台,每一台变频器驱动一 台变频电机旋转,进而带动一个减摇滚筒转动,以卷绕该减摇滚筒上的钢丝绳;其中的两根 钢丝绳交叉固定于所述吊具上架的同一侧,另外两根钢丝绳交叉固定于所述吊具上架的相 对一侧。
[0014] 优选的,所述减摇滚筒和变频电机安装于用于驱动所述吊具上架移动的小车机构 上。
[0015] 基于上述主动变频防摇系统,本实用新型又提供了一种采用所述主动变频防摇系 统设计的起重机,通过在起重机上安装由变频电机、变频器组成的减摇滚筒驱动机构,并针 对变频电机的实际转速和转向实时地调节变频电机的转速,从而实现了良好的速度跟随 性,达到了吊具减摇效果。
[0016] 与现有技术相比,本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的主动变频防摇 系统采用恒力矩变频驱动控制方式,具有速度跟随好、稳定性强等显著优势,可最大程度地 保证减摇效果。将其应用于集装箱起重机中,在小车机构与升降机构联动时能够快速、明显 地起到减轻吊具摇摆的作用,从而大大提高了集装箱的装 卸效率,减少了放置集装箱时因 吊具摇摆造成的碰箱事件的发生,改善了集装箱轨道吊或者轮胎吊的整机工作性能,极大 方便了装卸人员的操作,保证了装卸作业的安全性。
[0017] 结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后,本实用新型的其他特点和优点 将变得更加清楚。
附图说明
[0018] 图1是本实用新型所提出的主动变频防摇系统的一种实施例的系统架构图;
[0019] 图2是图1所示的主动变频防摇系统的一种实施例的电气原理图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
[0021] 本实用新型改变传统减摇系统完全靠定制电机自身驱动力矩的控制形式,采用变 频器驱动变频电机带动滚筒转动的方案实现主动变频防摇功能,结合计算防摇钢丝绳在吊 具上的固定点,经过多次试验,选择最佳受力位置,达到最佳防摇效果。
[0022] 下面以装箱龙门起重机为例,通过一个具体的实施例来详细阐述所述主动变频防 摇系统的具体组建结构及其工作原理。
[0023] 实施例一,参见图1所示,本实施例的主动变频防摇系统主要由变频器、变频电机 1和减摇滚筒2等部分组成。其中,减摇滚筒2由变频电机1驱动旋转,以带动集装箱起重 机中用于吊挂吊具上架4的钢丝绳5卷绕。变频器用于驱动变频电机1旋转,变频电机1 运行过程中的实际转速和转向信息由设置在变频电机1的检测装置采样后,反馈至变频器 以改变其输出频率,进而实现对变频电机1转速的及时调节,以稳定吊具上架4,避免安装 于吊具上架4上的集装箱吊具发生摇摆现象。
[0024] 在本实施例中,所述变频器应选择具有自学习功能的智能变频器,在系统正常运 行前,将变频电机1的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等固定参数写入变频器,然 后驱动系统试运行几次。在此过程中,变频器利用其自身的学习功能根据系统所存在的工况差异(比如变频电机1的性能、减摇滚筒2的性能、钢丝绳5的性能、钢丝绳固定点的差 异、吊具本体的差异等),对其自身的参数进行自动调整,使变频器所驱动的变频电机1能 够完全适用于钢丝绳5所拉动的吊具上架4,以减轻摇摆问题。
[0025] 为了实现变频器对变频电机1的准确驱动控制,本实施例优选采用编码器来检测 变频电机1当前的实际转速和转向,反馈至变频器,以作为变频器对变频电机1下一时刻的 转速或者转向进行自适应调节的依据。
[0026] 本实施例为了提高系统的速度跟随性,并进一步简化系统设计,优选采用单向滚 筒来设计所述的主动防摇系统。当然,采用双向滚筒配合变频电机1和变频器同样可以进 行主动变频防摇系统的整体设计,以达到减轻吊具摇摆的效果。但是,变频器的具体驱动过 程相对较复杂。
[0027] 将单向滚筒2上卷绕的钢丝绳5通过换向滑轮7延伸至吊具上架4,并固定在所述 的吊具上架4上,如图1所示,以实现对吊具上架4的吊挂。
[0028] 在本实施例的集装箱起重机的系统结构设计中,为了牢固地吊起吊具上架4,并最 大限度地减轻吊具上架4因小车机构行走而导致的摇晃问题,优选在吊具上架4上固定四 根钢丝绳5,每一根钢丝绳5通过一个换向滑轮7缠绕在一个单向滚筒2上,每一个单向滚 筒1由一台变频电机1驱动旋转,每一台变频电机1的转速又由一台变频器驱动控制。图 1中仅示出了一个单向滚筒2、两台变频电机1、两个换向滑轮7和两根钢丝绳5,其余的同 类型机构由于摆放位置的关系,在图1的绘图方向上刚好与图中所示机构重叠。
[0029] 将主动变频防摇系统中的各单向滚筒2、变频电机1和换向滑轮7安装于起重机的 小车机构上,比如小车运行架下层的减摇平台6上,进而在小车运行时驱动吊具上架4随之 行走,以带动安装于吊具上架4上的吊具移动到需要装卸集装箱的位置。
[0030] 为了提高减摇效果,本实施例将用于吊挂吊具上架4的钢丝绳5分成两组,其中一 组的两根钢丝绳5交叉后固定于吊具上架4的同一侧,如图1所示,另外一组的两根钢丝绳 交叉固定于吊具上架4的相对一侧,以提高吊具上架4的稳定效果。
[0031] 此外,在单向滚筒2的输出轴上还进一步安装有制动器3,将所述制动器3的控制 端连接到起重机整机电控系统中的主控制器上,在主控制器的控制作用下实现对单向滚筒 2的制动控制。
[0032] 图2为本实施例中主动变频防摇系统的电气原理图,其中,供电主回路提供的三 相交流电源UVW通过空气开关Ql连接四台变频器INVl〜INV4的交流电源输入端U1、V1、 W1,为变频器INVl〜INV4提供工作电源。变频器INVl〜INV4的三相交流电源输出端U2、 V2、W2连接变频电机Ml〜M4,为变频电机Ml〜M4供电,以驱动变频电机Ml〜M4旋转。 变频电机Ml〜M4当前的实际转速和转向由与其连接的编码器PGl〜PG4采样后,反馈至 变频器INVl〜INV4,以构成闭环控制系统。变频器INVl〜INV4根据接收到的反馈量,利 用其内部自带的软件控制算法,计算出下一时刻需要输出的交流电源频率,以实现对变频 电机Ml〜M4转速的自动控制,进而带动四个单向滚筒转动,卷绕四根固定在吊具上架上的 钢丝绳相互配合,达到减轻吊具摇摆的设计目的。
[0033] 在本实施例中,为了实现对变频电机Ml〜M4的过载保护、断相保护以及电流不平 衡运行的保护,优选在变频器INVl〜INV4的三相交流电源输出端U2、V2、W2与变频电机 Ml〜M4之间分别串联一路热继电器FRl〜FR4,以提高系统电路运行的安全性。[0034] 此外,为了实现对变频器INVl〜INV4的启停控制,本实施例将变频器INVl〜 INV4的控制端与整机电控系统中的主控制器相连接,接收主控制器输出的运行指令,并在 变频器INVl〜INV4检测到系统出现故障时,及时地向主控制器反馈故障信号,并由电控系 统控制整机停车,进行故障排查。
[0035] 当然,上述说明并非是对本实用新型的限制,本实用新型也并不 仅限于上述举例, 本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换, 也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

  1. 一种主动变频防摇系统,包括减摇滚筒和吊具上架,其特征在于:所述减摇滚筒由变频电机驱动旋转,卷绕用于吊挂所述吊具上架的钢丝绳;所述变频电机由变频器驱动控制,所述变频电机的实际转速和转向由检测装置采样后,反馈至变频器以用于变频器调节变频电机的转速。
  2. 2.根据权利要求1所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述检测装置为编码器。
  3. 3.根据权利要求1所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述变频器为具有自学习 功能的变频器,其交流电源输出端通过串联的热继电器连接所述变频电机的供电端。
  4. 4.根据权利要求3所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述变频器的控制端连接 主控制器,接收主控制器输出的运行指令,并在系统故障时向主控制器反馈故障信号。
  5. 5.根据权利要求4所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述变频器的交流电源输 入端通过串联的空气开关连接主供电回路。
  6. 6.根据权利要求1所述的主动变频防摇系统,其特征在于:在所述减摇滚筒的输出轴 上安装有制动器,所述制动器在接收到主控制器输出的制动指令时使减摇滚筒停转。
  7. 7.根据权利要求1所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述减摇滚筒为单向滚筒, 其上卷绕的钢丝绳通过换向滑轮延伸至吊具上架,并固定在所述的吊具上架上。
  8. 8.根据权利要求1至7中任一项所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述减摇滚 筒、变频电机和变频器均包括四台,每一台变频器驱动一台变频电机旋转,进而带动一个减 摇滚筒转动,以卷绕该减摇滚筒上的钢丝绳;其中的两根钢丝绳交叉固定于所述吊具上架 的同一侧,另外两根钢丝绳交叉固定于所述吊具上架的相对一侧。
  9. 9.根据权利要求8所述的主动变频防摇系统,其特征在于:所述减摇滚筒和变频电机 安装于用于驱动所述吊具上架移动的小车机构上。
  10. 10. 一种起重机,包括小车机构和吊具升降机构,其特征在于:还包括如权利要求1至9 中任一项权利要求所述的主动变频防摇系统。
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