專利名稱：自平衡上回轉塔式起重機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工程建筑領域的上回轉塔式起重機(本文簡稱塔機)，尤其涉及一種自平衡上回轉塔式起重機(本文簡稱自平衡塔機)；具體地說，在平衡臂上設置有導軌，配重塊固定在能在導軌上滑動的小車上。
背景技術：
塔機在房屋建筑、電站建設以及料場、混凝土預制構件廠等場所得到了廣泛的應用。
塔機的結構特點是有一直立的塔身，起重臂連接在垂直塔身的上部，故塔機起升高度和工作幅度都很大。
目前塔機的配重塊是固定在平衡臂末端的，而塔機在起吊作業時起重量的大小和幅度是不斷變化的。由于配重塊給塔機是一個固定的傾翻力矩，而重物給塔機是一個不斷變化的傾翻力矩，因此塔機在起吊作業過程中，塔身始終受到變化力矩的作用。上述現象將產生兩個弊端1、若此力矩超過塔機的承受能力，塔機將發生傾覆，造成重大安全事故。2、變化力矩始終作用在塔身結構上，長期工作會使塔身金屬疲勞而失去承載能力，造成極大的安全隱患。因此，塔機在配重塊固定不動的情況下工作是極不穩定、極不安全的。
為了解決塔機的傾覆問題，目前的做法是利用塔機的自重，同時加強塔身的剛度和強度。這樣便使塔機的自重系數利用較大。塔機自重利用系數＝塔機自重×起升高度/額定力矩，也就是說，我國的塔機產品在同樣額定力矩和起升高度條件下，塔機自重較大，使得我國同類產品與世界先進水平相比尚有一定差距。
發明內容
本實用新型的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種自平衡上回轉塔式起重機。
本實用新型的目的是這樣實現的1、將塔機的平衡臂上加裝導軌，配重塊改造成小車移動式，配重塊懸掛在小車上，使配重塊能在平衡臂上前后移動；2、應用傳感器和可編程控制器(PLC)，使塔機在吊運過程中根據起重量和幅度，自動調節配重塊至塔身的距離，使塔機始終處于最佳工作狀況，從而提高塔機的安全性能，改善塔機自重利用系數，提高產品的質量和檔次。
具體地說，如圖1，本實用新型包括現有塔機基本結構中的底座1、塔身2、回轉機構8、起重臂10、平衡臂3、塔帽7、起升牽引機構6、起重變幅牽引機構9和起重變幅小車11；新設置有配重塊變幅小車機構4、配重塊變幅牽引機構5、拉力傳感器12和控制系統K；從下到上，底座1、塔身2、回轉機構8、塔帽7依次連接；在塔帽7底部的兩側分別設置有平衡臂3和起重臂10，平衡臂3和起重臂10的伸出端分別通過拉桿連接于塔帽7的頂部；在起重臂10上設置有起重變幅小車11、起重變幅牽引機構9；在平衡臂3上設置有起升牽引機構6、配重塊變幅牽引機構5、配重塊變幅小車機構4；控制系統K分別和起重變幅牽引機構9、配重塊變幅牽引機構5、拉力傳感器12電氣連接；所述的配重塊變幅牽引機構5是一種能自動檢測配重塊變幅位置的機構；所述的配重塊變幅小車機構4是一種具有在平衡臂上前后移動功能的機構；所述的控制系統K是一種基于可編程控制器(PLC)，對配重塊變幅牽引機構5進行自動控制的系統。
本實用新型的工作原理是如圖2，設起吊重量為G，起吊物體到塔身2中心的距離為L1，可由起重變幅牽引機構9調節變動；設配重塊重量為W，配重塊到塔身2中心的距離為L2，可由配重塊變幅牽引機構5調節變動。
在本實用新型作業過程中，由拉力傳感器12測得起吊重量G，由編碼器測得L1和L2的值，把這些信息送入可編程控制器中進行處理。
為了使本實用新型始終處于最佳平衡狀態，須滿足下式G L1＝W L2在作業過程中，根據起吊重量G到塔身2中心距離L1的大小，實時調節L2。如果G L1＞W L2，則使L2增大，否則使L2減小，即使塔機始終處于動態平衡中，保證塔身所受載荷最小。
本實用新型具有下列優點和積極效果1、“通過移動配重塊使塔身受力平衡”是一個新的理念，本技術方案成功解決了塔身受力不平衡的重大安全問題。
2、采用編碼器測量變幅幅度，克服了電位記測量方法的不足，提高了測試精度。
3、利用可編程控制器進行自動控制，實現了配重塊自動變幅。
4、本實用新型適用于民用建筑、橋梁水利工程、大跨度工業廠房、電站、港口以及大型設備安裝等工程施工中。
圖1-本實用新型結構示意圖；圖2-本實用新型受力分析示意圖；圖3-起重變幅牽引機構9示意圖；圖4-配重塊變幅牽引機構5示意圖；圖5-起升機構示意圖；圖6.1-平衡臂結構主視圖，圖6.2-平衡臂結構A-A視圖，圖6.3-平衡臂結構局部放大圖；圖7.1-配重塊變幅小車機構4主視圖，圖7.2-配重塊變幅小車機構4側視圖；圖8-配重塊變幅原理圖；圖9-控制系統K框圖。
其中1-底座；
2-塔身；3-平衡臂，3.1-前導向滑輪， 3.2-前限位開關， 3.3-中間導向滑輪，3.4-后導向滑輪， 3.5-拉桿吊點， 3.6-后限位開關，3.7-導軌， 3.8-銷軸；4-配重塊變幅小車機構，4.1-配重塊， 4.2-配重牽引鋼絲繩， 4.3-連接銷，4.4-行走輪， 4.5-車架；5-配重塊變幅牽引機構，5.1-第1電動機，5.2-第1減速器，5.3-第1卷筒，5.4-第1編碼器；6-起升牽引機構；7-塔帽；8-回轉機構；9-起重變幅牽引機構；9.1-第2電動機，9.2-第2減速器，9.3-第2卷筒，9.4-第2編碼器，9.5-限位器10-起重臂；11-起重變幅小車；12-拉力傳感器；13-起升鋼絲繩；14-滑輪組；K-控制系統。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例詳細說明1、起重變幅牽引機構9現有的起重變幅牽引機構包括電機、減速器、卷筒、限位器；限位器9.5用于防止誤操作，以保安全。
本起重變幅牽引機構9是在現有起重變幅牽引機構的基礎上增加了編碼器；
如圖3，本起重變幅牽引機構9由第2電機9.1、第2減速器9.2、第2卷簡9.3、第2編碼器9.4、限位器9.5組成；第2編碼器9.4設置在第2卷筒9.3的轉軸上。
利用第2編碼器9.4檢測起吊重物到塔身的距離，即根據第2編碼器9.4的輸出檢測卷筒的正轉、反轉及轉過的角度，從而確定起吊重物到塔身中心的距離。
2、起升機構如圖5，現有的起升機構由滑輪組14、起升牽引機構6、起升鋼絲繩13等組成；為了保證變幅時重物做水平移動，起升鋼絲繩13的終端固定在起重臂10上靠近塔身2的一端，在起升鋼絲繩13的終端安裝有拉力傳感器12，用來直接測量起升鋼絲繩13所受的拉力。檢測到的拉力輸入到控制系統K，使控制系統K得到所吊物體的重量信號。
3、平衡臂3如圖6.1、圖6.2、圖6.3，平衡臂3是一種用型鋼焊接的空間三角架結構。為了便于運輸，平衡臂3由多節構成，節與節之間由銷軸3.8連接。在平衡臂3的兩邊設置有由型材制成的導軌3.7，用來懸掛配重塊變幅小車機構4。在平衡臂上設置有前、中、后導向滑輪3.1、3.3、3.4，用來給牽引鋼絲繩導向。平衡臂3遠離塔身的一節末端設有拉桿吊點3.5。為了防止配重塊變幅位置超出限制，在平衡臂3導軌的兩端安裝有前、后限位開關3.2、3.6，給控制系統K傳遞小車的極限位置信號。
4、配重塊變幅機構配重塊變幅機構由配重塊變幅小車機構4和配重塊變幅牽引機構5組成。
如圖7.1、圖7.2，配重塊變幅小車機構4由配重塊4.1、配重牽引鋼絲繩4.2、連接銷4.3、行走輪4.4、車架4.5組成；其位置和連接關系是在導軌3.7上放置帶有行走輪4.4的小車，配重塊4.1通過連接銷4.3固定在車架4.5上。配重塊變幅小車機構4使配重塊4.1可沿行走軌道3.7前后移動，以調節配重塊4.1到塔身2中心的距離；如圖1，配重塊變幅牽引機構5安裝在平衡臂3靠近塔帽7的一端。
如圖4，配重塊變幅牽引機構5由第1電動機5.1、第1減速器5.2、第1卷筒5.3、第1編碼器5.4組成；配重牽引鋼絲繩4.2繞在第1卷筒5.3上，配重牽引鋼絲繩4.2的兩端固結在車架4.5的兩端，牽引配重塊變幅小車機構4在導軌3.7上移動。在第1卷筒5.3的轉軸上設置有第1編碼器5.4，根據第1編碼器5.4的輸出檢測出第1卷筒5.3的正轉、反轉及轉過的角度，從而確定配重塊4.1到塔身2中心的距離。
如圖8，配重塊4.1的變幅工作原理是第1電機5.1通過第1減速器5.2帶動第1卷筒5.3轉動，使第1卷筒5.3上纏繞的配重牽引鋼絲繩4.2通過前、中、后導向滑輪3.1、3.3、3.4牽引配重塊變幅小車機構4沿著平衡臂3的導軌3.7來回移動使配重塊4.1變幅。
5、控制系統K如圖9，控制系統K由可編程控制器(PLC)K1和變頻器K2組成。可編程控制器K1用軟件實現配重塊4.1變幅的自動控制，可靠性大大提高。控制系統K結構簡單，外部線路簡化，另外可方便地增加或改變控制功能，也可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。變頻器K2用來對配重塊變幅牽引機構5中的第1電機5.1進行起動控制、制動控制和調速控制。
(1)可編程控制器K1選用西門子公司的S7-200系列小型PLC，其中的處理器單元選用CPU224，擴展模塊選用EM233模擬量模塊。
(2)變頻器K2選用西門子公司的MM440系列標準變頻器。MM440系列變頻器是矢量型變頻器，具有多點V/f控制、矢量控制、轉矩控制等功能。
(3)控制系統K的輸入信號有配重塊變幅牽引機構5中的第1編碼器5.4、起重變幅牽引機構9中的第2編碼器9.4、拉力傳感器12、平衡臂前限位開關3.2、后限位開關3.6。
(4)控制系統K主要輸出信號有報警信號B和變頻器K2信號。
具體控制程序將另案申請。
權利要求1.一種自平衡上回轉塔式起重機，包括現有塔機基本結構中的底座(1)、塔身(2)、回轉機構(8)、起重臂(10)、平衡臂(3)、塔帽(7)、起升牽引機構(6)、起重變幅牽引機構(9)和起重變幅小車(11)；其特征在于設置有配重塊變幅小車機構(4)、配重塊變幅牽引機構(5)、拉力傳感器(12)和控制系統(K)；從下到上，底座(1)、塔身(2)、回轉機構(8)、塔帽(7)依次連接；在塔帽(7)底部的兩側分別設置有平衡臂(3)和起重臂(10)，平衡臂(3)和起重臂(10)的伸出端分別通過拉桿連接于塔帽(7)的頂部；在起重臂(10)上設置有起重變幅小車(11)、起重變幅牽引機構(9)；在平衡臂(3)上設置有起升牽引機構(6)、配重塊變幅牽引機構(5)、配重塊變幅小車機構(4)；控制系統(K)分別和起重變幅牽引機構(9)、配重塊變幅牽引機構(5)、拉力傳感器(12)電氣連接；所述的配重塊變幅牽引機構(5)是一種能自動檢測配重塊變幅位置的機構；所述的配重塊變幅小車機構(4)是一種具有在平衡臂上前后移動功能的機構；所述的控制系統(K)是一種基于可編程控制器(K1)，對配重塊變幅牽引機構(5)進行自動控制的系統。
2.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于起重變幅牽引機構(9)由第2電機(9.1)、第2減速器(9.2)、第2卷筒(9.3)、第2編碼器(9.4)、限位器(9.5)組成；第2編碼器(9.4)設置在第2卷筒(9.3)的轉軸上。
3.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于起升機構由滑輪組(14)、起升牽引機構(6)、起升鋼絲繩(13)組成；起升鋼絲繩(13)的終端固定在起重臂(10)上靠近塔身(2)的一端，在起升鋼絲繩(13)的終端安裝有拉力傳感器(12)。
4.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于在平衡臂(3)的兩邊設置有由型材制成的導軌(3.7)；在平衡臂(3)上設置有前、中、后導向滑輪(3.1、3.3、3.4)；在平衡臂(3)導軌的兩端安裝有前、后限位開關(3.2、3.6)。
5.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于配重塊變幅小車機構(4)由配重塊(4.1)、配重牽引鋼絲繩(4.2)、連接銷(4.3)、行走輪(4.4)、車架(4.5)組成；在導軌(3.7)上放置帶有行走輪(4.4)的小車，配重塊(4.1)通過連接銷(4.3)固定在車架(4.5)上。
6.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于配重塊變幅牽引機構(5)由第1電動機(5.1)、第1減速器(5.2)、第1卷筒(5.3)、第1編碼器(5.4)組成；配重牽引鋼絲繩(4.2)繞在第1卷筒(5.3)上，配重牽引鋼絲繩(4.2)的兩端固結在車架(4.5)的兩端；在第1卷筒(5.3)的轉軸上設置有第1編碼器(5.4)。
7.按權利要求1所述的一種自平衡上回轉塔式起重機，其特征在于控制系統(K)由可編程控制器(K1)和變頻器(K2)組成；可編程控制器(K1)選用S7-200系列小型PLC，處理器單元選用CPU224，擴展模塊選用EM233模擬量模塊，變頻器(K2)選用MM440系列標準變頻器。
專利摘要本實用新型公開了一種自平衡上回轉塔式起重機，涉及一種工程建筑領域的上回轉塔式起重機。本實用新型是在現有塔機基礎上設置有配重塊變幅小車機構4、配重塊變幅牽引機構5、拉力傳感器12和控制系統K；在起重臂10上設置有起重變幅小車11、起重變幅牽引機構9；在平衡臂3上設置有起升牽引機構6、配重塊變幅牽引機構5、配重塊變幅小車機構4；控制系統K分別和起重變幅牽引機構9、配重塊變幅牽引機構5、拉力傳感器12電氣連接。本實用新型通過移動配重塊使塔身受力平衡，采用編碼器測量變幅幅度，利用可編程控制器進行自動控制，實現了配重塊自動變幅，適用于民用建筑、橋梁水利工程、大跨度工業廠房、電站、港口以及大型設備安裝等工程施工中。
文檔編號B66C23/72GK2892797SQ200620096260
公開日2007年4月25日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者譚春陽 申請人:譚春陽