一種具有新型變頻器的臂式起重機的製作方法
2023-11-30 23:20:26
技術領域
本發明涉及起重機械，尤其涉及一種臂式起重機及其分系統或部件。
背景技術：
臂式起重機包括起升機構、變幅機構、旋轉機構等，依靠這些機構的配合動作，可使重物在一定的圓柱形空間內起重和搬運。臂式起重機的起升機構包括卷揚機，通過收放繞於捲筒上的鋼繩來起吊工件。現有臂架式卷揚機設計上存在一定的不足：例如，捲筒的捲筒體、捲筒軸結構較為複雜，安裝不夠不便；又如，制動器的制動效果不夠理想，上下停車限位裝置容易失效，有可能引發安全事故；再如，鋼繩卷繞方式不夠合理，有時出現鋼繩鬆開或纏繞在一起的問題，由此增加了安全隱患；此外，卷揚機速度不能方便地調節；等等。有鑑於上述諸多方面的不足，有必要對起重機及其卷揚機予以改進。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本發明實施例的目的在於改進臂式起重機整機、
分系統或部件，以便提升產品的性能。
為解決以上技術問題，本發明實施例提供一種具有新型變頻器的臂式起重機，包括底盤、轉臺、卷揚機、起降油缸、臂架、吊鉤，轉臺安裝於底盤，卷揚機安裝於轉臺，臂架的首端鉸接於轉臺，吊鉤懸掛於臂架的尾端，起降油缸的一端鉸接於轉臺，起降油缸的另一端鉸接於臂架，卷揚機設置有驅動裝置、卷繞裝置、制動裝置及控制裝置：驅動裝置設置有電機、聯軸器及減速機，減速機安裝於機架上部，減速機的高速軸通過聯軸器與電機的動力輸出軸連接；卷繞裝置的捲筒支撐結構安裝於機架上部，捲筒的一端轉動連接於捲筒支撐結構，捲筒的另一端通過捲筒聯接結構傳動連接於減速機的低速軸，卷繞裝置的上滑輪組定位於機架，鋼繩纏繞於捲筒、上滑輪組及下滑輪組，其中鋼繩自捲筒第一導繩位置逆時針方向繞出，依次逆時針繞過第一下滑輪、第一上滑輪、第二下滑輪、第二上滑輪，再依次順時針繞過第三下滑輪、第三上滑輪、第四下滑輪後，再逆時針繞回捲筒第二導繩位置，且鋼繩的第一端繞於捲筒的第一端並固定於第一壓繩位置，鋼繩的第二端繞於捲筒的第二端並固定於捲筒第二壓繩位置；制動裝置的制動器安裝於減速機的高速軸上，通過抱緊制動輪而使得減速機制動；控制裝置設置變頻器來對電機調速，且電機控制迴路在電機保護斷路器和變頻器之間串聯接觸器，上下位限位開關串聯到接觸器的控制迴路；變頻器將工頻交流供電電源通過整流器轉換成直流電源，再將直流電源通過逆變器轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電機，以便通過改變頻率來改變電機的轉速，其中變頻器設置有濾波退耦電路、整流電路、濾波電路、逆變電路、功率因素校正電路、微處理器電路及人機接口電路，濾波退耦電路設置於變頻器的輸入級，整流電路、濾波電路和逆變電路依次相連，功率因素校正電路設置於整流電路與濾波電路之間並接至微處理器電路的功率因素校正端，逆變電路接至微處理器電路的驅動信號端，人機接口電路接至微處理器電路的輸入端。
與現有技術相比，本發明實施例對臂式起重機進行了改進，由此可以改善產品性能，其表現在以下方面：優化卷揚機捲筒體、捲筒軸及其捲筒支撐、聯接結構，捲筒布局更為合理，結構更為緊湊，安裝也更加方便；改進捲筒體結構及鋼繩纏繞方式及壓繩結構，可以更好地避免鋼繩鬆開或纏繞在一起的問題，有利於消除安全隱患；改進位動器、升降限位器及電機停機控制機構，在限位、緊急停車等情況下可以按照預定意圖及時停車、制動，從而有效地降低安全事故；採用變頻器對卷揚機電機調速，可以方面地控制起升速度。
附圖說明
圖1為本發明臂式起重機的示意圖；
圖2為本發明卷揚機的主視圖；
圖3為本發明卷揚機的俯視圖；
圖4為本發明卷揚機的右視圖；
圖5為本發明制動器的示意圖；
圖6為本發明鋼繩纏繞結構示意圖；
圖7為本發明捲筒及捲筒聯接結構、壓繩結構及捲筒支撐結構的示意圖；
圖8為本發明捲筒體的主視圖；
圖9為本發明捲筒體的縱向剖視圖；
圖10為本發明捲筒軸的示意圖；
圖11為本發明捲筒聯接結構示意圖；
圖12為本發明壓繩結構示意圖；
圖13為本發明捲筒支撐結構示意圖；
圖14為本發明升降限位器的示意圖；
圖15為本發明升降限位器的內部結構示意圖；
圖16為本發明電機停機控制機構的電氣原理圖；
圖17為本發明電機停機控制機構的限位開關的電連接圖；
圖18為本發明電機調速系統的方框圖；
圖19為本發明變頻器的電路原理框圖；
圖20為本發明逆變器的電路原理圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發明實施例的技術原理及工作過程，以下結合附圖及具體實施例來進一步對本發明進行詳細描述。
圖1-圖20對本發明卷揚機、分系統或部件的結構進行了標示，其中的相同標號表示為相同部件。
參見圖1，示出本發明臂式起重機的結構。該臂式起重機包括底盤S1、轉臺S2、卷揚機S3、起降油缸S4、臂架S5、吊鉤S6等部件，轉臺S2裝於底盤S1，卷揚機S3裝於轉臺，臂架S5的首端鉸接於轉臺S2，吊鉤6懸掛於臂架S5的尾端，起降油缸S4的一端鉸接於轉臺S2，起降油缸S4的另一端鉸接於臂架S5。轉臺S2轉動使得臂架S5旋轉，油缸S4伸縮使得臂架S5起降，變速油缸(圖未示出)使得臂架S5變幅，卷揚機S3收放繞於捲筒、臂架滑輪組及吊鉤滑輪組的鋼繩來起吊吊鉤S6上的工件。本發明對於卷揚機S3及其分系統及部件進行了多處改進，以下進一步說明。
同時參見圖2-圖4，示出本發明卷揚機的整機結構。該卷揚機包括驅動裝置、卷繞裝置、制動裝置及控制裝置(圖未示出)：驅動裝置由電機M01(優選為變頻電機)、聯軸器7、減速機1等部件構成，電機M01、聯軸器7、減速機1依次聯接；卷繞裝置由捲筒2、上滑輪組3及下滑輪組及鋼繩等部件構成，捲筒2傳動連接於減速機1以使得捲筒2轉繞，鋼繩纏繞於捲筒2、上滑輪組3及下滑輪組上進行收放；制動裝置由制動器5及附件等構成，制動器5作用於減速機1的高速軸或低速軸上進行制動；控制裝置設置有電機停機控制機構，該電機停機控制機構在預設的上限位或下限位時停止電機運行。
如圖2-圖4所示，該卷揚機的具體結構是：減速機1及捲筒支撐結構4安裝於機架S01上部，捲筒2的一端轉動連接於捲筒支撐結構4，捲筒2的另一端通過捲筒聯接結構8傳動連接於減速機1的低速軸，減速機1的高速軸通過聯軸器(外部設有聯軸器殼罩)7與電機M01的動力輸出軸連接；上滑輪組3定位於機架S01，鋼繩以一定花樣纏繞方式纏繞於捲筒2、上滑輪組3及下滑輪組，在電機M01正轉或反轉時相應進行收放；制動器5安裝於減速機1上，制動時可抱緊減速機1高速軸上的制動輪6而進行制動。
該卷揚機中，優化了捲筒體、捲筒軸及其捲筒支撐、聯接結構，捲筒布局更為合理，結構更為緊湊，安裝也更加方便；改進了捲筒體結構及鋼繩纏繞方式及壓繩機構，可以更好地避免鋼繩鬆開或纏繞在一起的問題，有利於消除安全隱患；改進了制動器、升降限位器及電機停機控制機構，在限位、緊急停車等情況下可以按照預定意圖及時停車、制動，從而有效地降低安全事故。以下進一步描述。
圖2-圖4示出制動器安裝結構，該制動器5安裝於減速機1的高速軸上，通過抱緊制動輪6而使得減速機1制動，並由此使得減速機1的低速軸上的捲筒2制動。以下進一步對制動器的結構進行詳細說明。
參見圖5，示出本發明制動器的結構。該制動器5中，第一制動臂52、第一制動臂53、帶驅動裝置50的主動伸縮杆(可為氣缸或油缸)59、從動伸縮杆58的一端分別鉸接於制動座51；第一制動臂52、主動伸縮杆59、從動伸縮杆58的另一端分別鉸接於L形連杆57的一臂；第二制動臂53的另一端與線形連杆55鉸接，線形連杆55的另一端與L形連杆57的另一臂鉸接；第一制動塊56安裝於第一制動臂52的內側，第二制動塊54安裝於第二制動臂53的內側，該第一制動塊56的內弧面和第二制動塊54的內弧面在制動時抱緊減速機1高速軸上的制動輪6。這種制動方式結構簡單，制動響應快，效果較好。
參見圖6，示出本發明鋼繩纏繞結構。該鋼繩纏繞結構中，鋼繩10通過下述方式纏繞於捲筒2、上滑輪(臂架滑輪)組3及下滑輪(吊鉤滑輪)組9：鋼繩10的第一端繞於捲筒2的第一端並固定於第一壓繩位置2a，鋼繩10的第二端繞於捲筒2的第二端並固定於捲筒2第二壓繩位置2d，鋼繩10自捲筒2第一導繩位置2b逆時針方向繞出，依次逆時針繞過第一下滑輪91、第一上滑輪31、第二下滑輪92、第二上滑輪32，再依次順時針繞過第三下滑輪93、第三上滑輪33、第四下滑輪94後，再逆時針繞回捲筒2第二導繩位置2c。鋼繩10採用這種纏繞方式，可以減小鋼繩纏繞、鬆開等不良現象的出現概率。
參見圖7，示出本發明捲筒及捲筒聯接結構、壓繩結構及捲筒支撐結構。捲筒2包括捲筒體21及捲筒軸22，該捲筒軸22的第一端固定支撐於捲筒體21的第二端，捲筒體21的第一端通過捲筒聯接結構(圖6中的I部分)與減速機1的低速軸聯接，捲筒軸22的第二端支撐於捲筒支撐結構(圖6中的III部分)，安裝起來十分方便。此外，捲筒體21的兩端上部分別設置壓繩結構(圖6中的II部分)，可以較好的固定鋼繩10的端部。
同時參見8-圖9，示出本發明捲筒的結構。該捲筒體21設置第一端板25、第二端板24與支撐板23，捲筒體21的第一端板25通過捲筒聯接結構與減速機1的低速軸聯接，捲筒體21的第二端板24與支撐板23固定支撐捲筒軸22，該捲筒軸22安裝於捲筒支撐結構，安裝起來十分方便。
如圖2-圖9所示，該捲筒體21上面設置鋼繩導槽211，便於鋼繩10順著鋼繩導槽211引入/引出，由此有利於鋼繩10有序地纏繞。
參見圖10，示出本發明捲筒軸的結構。該捲筒軸22包括捲筒軸主體222，捲筒軸主體222的第一端設置第一軸肩221，捲筒軸主體222的第二端設置第二軸肩224及第三軸肩225，其中，捲筒軸主體222、第一軸肩221、第二軸肩224及第三軸肩225的外徑依次減小，且捲筒軸主體222和第二軸肩224之間設置錐形過渡部223，這種捲筒軸22結構強度較好，也方便安裝。
參見圖11，示出本發明捲筒聯接結構。該捲筒聯接結構中，聯接半軸84由圓柱滾子軸承87支撐於連接盤82，且聯接半軸84的內側端部設置擋板86，聯接半軸84、圓柱滾子軸承87及連接盤82的內側結合部用內蓋板85封堵，聯接半軸84、圓柱滾子軸承87及連接盤82的外側結合部用外蓋板83封堵，連接盤82與法蘭盤81固定，法蘭盤81緊固於捲筒體21上的第一端板25。這種結構聯接可靠，安裝方便。
參見圖12，示出本發明壓繩結構。該壓繩結構11包括鋼繩壓板111，鋼繩壓板的下表面設置鋼繩壓槽1121，該鋼繩壓板111通過螺栓112緊固於捲筒體21的螺孔中，使得鋼繩10被可靠地固定於捲筒體21上而不會脫出，由此增加安全係數。
參見圖13，示出本發明捲筒支撐結構。該捲筒支撐結構4中，支撐基座41上設置機座軸承座43，捲筒軸承座44支撐於機座軸承座43，捲筒軸22通過錐形滾子軸承45支撐於捲筒軸承座44，機座軸承座43，捲筒軸承座44及錐形滾子軸承45的內側結合部用內蓋板42封堵，機座軸承座43，捲筒軸承座44及錐形滾子軸承45的外側結合部用外蓋板47封堵。這種結構緊湊，安裝起來便捷。
如圖13所示，本實施例示出升降限位器的安裝結構。圖12中，捲筒軸22上設置捲筒軸聯接板46，用以安裝升降限位器12的驅動端(如螺杆式升降限位器12的搖杆)，在捲筒2轉動角度超過預定值(轉數)時，可以斷開電氣連接以防止捲筒進一步轉動，這樣可以對升降高度進行限制。以下結合圖12-圖14，來進一步詳細說明。
參見圖14-圖15，示出本發明升降限位器結構。同時參考圖12，該升降限位器12包括U形支架121、搖杆122、螺杆123、轉輪124、限位器殼體125、導向杆126、推板127、活動導電柱128、限位開關129及固定導電柱120：U形支架121固定於與捲筒軸22連接的外蓋板47，限位器殼體125通過螺釘緊固於U形支架121，螺杆123支撐於限位器殼體125上，推板127安裝於螺杆123上，活動導電柱128一端連接於推板127，活動導電柱128另一端支撐於與限位器殼體125固連的限位開關129的一個臂上，固定導電柱120固定於限位開關129的另一個臂上，轉輪124安裝於螺杆123的端部，搖杆122的一端偏心地連接轉輪124，搖杆122的另一端與捲筒軸聯接板46相連。
此外，限位器殼體125上還安裝導向杆126，該導向杆126與螺杆123平行設置，推板127穿設於導向杆126滑動，以保證平穩地移動。
該實施例中，推板127的位置可以預先調整好。當捲筒2捲動時，搖杆122隨捲筒軸聯接板46轉動，通過轉輪124使得螺杆123轉動，推板127平移帶動活動導電柱128脫離固定導電柱120，由此斷開電氣連接而起到限位作用，由此提高安全性能。
圖14-圖15對升降限位器12的結構進行了說明，該升降限位器即可用於上限位，也可用於下限位。即將升降限位器的限位開關接至卷揚機的電機M01的控制迴路，通過觸發電機控制迴路中的電機保護斷路器來停止電機M01運行，由此起到安全保護作用。
本發明針對防止上、限位出現限位情況，同時在電氣控制系統方面進行了改進，具體說明如下。
同時參見圖16-圖17，示出本發明電機停機控制機構的電路結構。該電機停機控制機構可用於卷揚機，也可用於其它類型的升降裝置，其電氣結構為：在電機M01的控制迴路中，電機保護斷路器QF01和變頻器VF01之間加一個接觸器KM01；上下位限位開關SQ01、SQ02串聯到該接觸器KM01的控制迴路中。此處，電機保護斷路器QF01的端子1-6，接觸器KM01的A1、A2(三組端子1、2)，變頻器VF01的端子R、S、T、V、W、PE，限位開關SQ01、SQ02的端子11、12，以及限位解鎖鑰匙旋鈕SB01的端子13、14按照圖15和圖16連接，不再具體展開說明。
當限位開關SQ01或SQ02被觸發後，直接切斷接觸器KM01的線圈電源，接觸器KM01釋放，由此切斷變頻器VF01迴路的電源，從而快速停止電機M01的運行；此後，通過旋轉限位解鎖鑰匙旋鈕SB01可進行解鎖。這種控制方式，減少了處理限位信號的中間環節，使得故障發生的時候，電機可以立刻停止，避免了設備的損壞和人員的傷亡。
為了方便改變卷揚機S3的速度，本發明採用電機變頻調速控制。以下進行說明。
參見圖18，示出本發明電機調速系統的方框圖。該電機調速系統包括依次聯接的供電電源M03、變頻器M02及電機M01，該變頻器M02採用交-直-交方式，先把工頻交流供電電源M03通過整流器轉換成直流電源，然後再將直流電源通過逆變器轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電機M01，這樣通過改變頻率來可改變電機M01的轉速。
如圖18所示，該變頻器M02的輸入級設置有濾波退耦電路，它優選為RC濾波退耦電路，由串接的限流電阻R和濾波電容C構成，由此使得供電電源M03的輸出正端和輸出地端接入串接的限流電阻R和濾波電容C。該濾波退耦電路作為交流信號輸入通道的前置模擬低通濾波器，兼有抗幹擾的作用；交直流信號輸入通道兩個端子間接入退耦電容，可為高頻差模幹擾信號提供旁路。
參見圖19，示出本發明變頻器的電路原理框圖。本實施例的變頻器M02包括整流電路M021、功率因素校正電路M022、濾波電路M023、逆變電路M024及微處理器電路M025、人機接口電路M026等部分，其中：整流電路M021由整流二極體或橋堆組成(優選為全橋整流電路)，包括必要的幹擾濾除電路，其主要功能是把交流電轉換為直流電；功率因數校正電路M022為可選部件，由功率半導體及控制晶片組成，它還接至微處理器電路M025的功率因素校正端，作用是使輸入電流接近正弦波，減少電網諧波含量，實現提高功率因數的目的；濾波電路M023(優選為RC濾波電路)主要由電解電容等元件組成，完成直流電的濾波平滑以及儲能作用；逆變電路M024由功率模塊及驅動電路組成，其功率模塊可以是智能功率驅動管晶片，它還接至所述微處理器電路的驅動信號端，其主要功能是，完成直流電向三相交流電的轉換，實現調頻調壓目的；微處理器電路M025由微處理器(DSP)及外圍電路組成，其根據人機接口電路M026發來的命令，發出對應的指令信號，控制功率因數校正電路M022和逆變電路M024工作，並根據電路反饋信息，進行必要的電路保護和故障處理。這樣，該實施例通過微處理器電路控制變頻器M02的輸出模式，有利於靈活地按預定要求輸出電壓，從而滿足不同用戶的需求。
參見圖20，示出本發明逆變器的電路原理圖。具體是用於電機M01的逆變電路M024與微處理器電路的實例，其工作方式為：市電經過整流電路M021變為直流電，通過電解電容濾波後，接入逆變電路M024的電源輸入端，其電源輸入端間接入濾波電容。而微處理器電路的微處理器根據人機接口電路的設定信號，對電機M01進行控制。
本實施例中，逆變電路M024包括功率管驅動晶片，該功率管驅動晶片接至微處理器電路的微處理器(MCU/DSP)，以便根據微處理器輸出的脈衝寬度調製信號，驅動對應的功率管交替導通和關斷。具體的，所述的逆變電路M024包括六個功率管Q1～Q6，這六個功率管分成三組，每組功率管控制三相電機M01的一相繞組。
各個功率管的具體連接方式是：功率管Q1、Q2、Q3的源極共同接直流電源的一端，功率管Q4、Q5、Q6的漏極共同接直流電源的另一端，功率管Q1的漏極和功率管Q4的源極的連接點接電機的U相端子，功率管Q2的漏極和功率管Q5的源極的連接點接電機的V相端子，功率管Q3的漏極和功率管Q6的源極連接點接電機的W相端子；功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的柵極分別接功率管驅動晶片的一個輸出端，該功率管驅動晶片的各個輸入端分別受微處理器電路的輸出脈衝寬度調節信號PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6中的一路控制。該六個功率管Q1～Q6的的源極和漏極之間對應接入二極體D1～D6。
開機時，微處理器根據設定的電機轉速產生相應的6路脈衝寬度調製信號，即驅動信號PWM1～PWM6；通過功率管驅動晶片驅動逆變器M024的6個功率管(MOSFET或IGBT)Q1～Q6；這些功率管的交替導通和關斷，產生三相調製波形，輸出電壓可調、頻率可變的三相交流電，輸出到電機M01的U、V、W接線端，從而實現電機M01的無級變頻調速。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。