变频起升机构及塔机的制作方法

本发明涉及起升控制领域，具体涉及一种变频起升机构及塔机。

背景技术：

起升机构，尤其是塔机的起升机构往往具有控制功率大、调速范围宽的特点，导致塔机的起升机构调速过程中产生的机械冲击较大，容易造成塔机结构件的疲劳失效，从而可能造成对负载的损害，导致不可估量的损失。

相关技术中，如何有效缓解起升机构在宽范围调速过程中产生的机械冲击，是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种变频起升机构及塔机，旨在缓解起升机构在宽范围调速过程中产生的机械冲击。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种变频起升机构，包括：

双变频电机，所述双变频电机包括：第一电机及控制所述第一电机的第一变频器、第二电机及控制所述第二电机的第二变频器；

双减速机，所述双减速机包括：连接于所述第一电机的输出端的第一可调节减速比的变速机构、连接于所述第二电机的输出端的第二可调节减速比的变速机构；

卷筒，连接所述双减速机，由所述双减速机共同驱动，以带动负载起升或者降落；

吊重检测单元，用于检测所述负载的测量值；

换挡控制器，用于基于所述负载的测量值控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构调节减速比。

上述方案中，所述第一变频器基于速度控制模式控制所述第一电机；所述第二变频器基于转矩控制模式控制所述第二电机；其中，所述第二变频器根据所述第一变频器输出的转矩控制信号，基于转矩控制模式控制所述第二电机。

上述方案中，所述换挡控制器具体用于：

初始上电时，控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构的减速比均为相应的大减速比；

起吊时，监测所述吊重检测单元检测的所述负载的测量值；

若所述负载的测量值为轻载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所负载的测量值仍为轻载，控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比。

上述方案中，所述换挡控制器还用于：

若所述负载的测量值为中载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所述负载的测量值为重载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的大减速比。

上述方案中，所述换挡控制器还用于：

若所述负载的测量值为重载，保持所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构的减速比均为相应的大减速比。

上述方案中，所述控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比时，所述第二变频器根据所述换挡控制器输出的力矩控制指令，并基于转矩控制模式控制所述第二电机；当所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比之后，所述第二变频器根据所述第一变频器输出的转矩控制信号，并基于转矩控制模式控制所述第二电机。

上述方案中，所述吊重检测单元根据所述第一变频器输出的转矩控制信号确定所述负载的测量值或者所述吊重检测单元为单独设置的用于检测负载的测量值的传感器。

上述方案中，所述双减速机还包括两个固定减速比的第一减速机和第二减速机，所述第一可调节减速比的变速机构经所述第一减速机连接所述卷筒，所述第二可调节减速比的变速机构经所述第二减速机连接所述卷筒。

上述方案中，所述双减速机还包括具有双输入端及一输出端的共用减速机，所述第一可调节减速比的变速机构、所述第二可调节减速比的变速机构分别连接所述共用减速机的双输入端中的一个，所述共用减速机的输出端连接所述卷筒。

本发明实施例还提供了一种塔机，包括上述任一实施例所述的变频起升机构。

本发明实施例提供的技术方案，通过双变频电机、双减速机来驱动卷筒，可以实现起升机构的宽范围调速的需求，且通过吊重检测单元检测负载的测量值，换挡控制器基于所述负载的测量值控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构调节减速比，可以实现起升机构在宽范围调速的控制过程中，根据负载的状态来调整第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比，通过合理控制第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比，可以在调速过程中有效缓解机械冲击，确保调速过程平稳和安全。

附图说明

图1为本发明第一实施例变频起升机构的结构示意图；

图2为本发明第二实施例变频起升机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在本发明的描述中，所涉及的术语“第一、第二”等仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。除非另有说明，“多个”的含义是至少两个。

本发明实施例提供了一种变频起升机构，包括：双变频电机、双减速机、卷筒、吊重检测单元及换挡控制器。其中，所述双变频电机包括：第一电机及控制所述第一电机的第一变频器、第二电机及控制所述第二电机的第二变频器。所述双减速机包括：连接于所述第一电机的输出端的第一可调节减速比的变速机构、连接于所述第二电机的输出端的第二可调节减速比的变速机构。所述卷筒连接所述双减速机，由所述双减速机共同驱动，以带动负载起升或者降落。所述吊重检测单元，用于检测所述负载的测量值。所述换挡控制器用于基于所述负载的测量值控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构调节减速比。

实际应用中，所述第一变频器基于速度控制模式控制所述第一电机；所述第二变频器基于转矩控制模式控制所述第二电机。这里，速度控制模式是指变频器以控制电机的转速为目的，此时电机的力矩需要为保持该速度而调整。转矩控制模式是指变频器以控制电机的输出力矩为目的，速度大小和外部负载有关，与转矩无关。本发明实施例中，第一变频器工作在基于速度控制模式，第一电机作为主电机，与第一电机对应的传动回路作为主回路，用于控制卷筒的旋转速度。第二变频器工作在基于转矩控制模式，第二电机作为副电机，与第二电机对应的传动回路作为副回路，用于与主回路配合，提高卷筒的宽速度比范围。具体地，第一变频器可以根据塔机驾驶室的速度信号控制第一电机工作到指定速度，同时输出力矩控制信号给第二变频器，第二变频器则根据力矩控制信号的大小控制第二电机输出相应的转矩并跟随第一电机运转，由于第二电机只跟随第一电机输出相应力矩，而速度则随系统的速度一致，即第二变频器不控制第二电机的速度大小，从而达到起升机构的卷筒的速度由主电机(即第一电机)控制，而卷筒输出转矩则为双电机经不同减速传动路径后共同驱动。其中，第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构均采用可调节减速比的变速机构，可以将整个变频起升机构的调速范围变得更大。

此外，通过吊重检测单元检测负载的测量值，换挡控制器基于所述负载的测量值控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构调节减速比，可以实现起升机构在宽范围调速的控制过程中，根据负载的状态来调整第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比，通过合理控制第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比，可以在调速过程中有效缓解机械冲击，确保调速过程平稳和安全。

在一实施例中，所述换挡控制器具体用于：

初始上电时，控制所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构的减速比均为相应的大减速比；

起吊时，监测所述吊重检测单元检测的所述负载的测量值；

若所述负载的测量值为轻载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所负载的测量值仍为轻载，控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比。

这里，第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构均具有至少两个减速比，其中，大减速比可以支持重载低速的变速需求，小减速比可以支持轻载高速的变速需求。在一实施例中，第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构可以仅包括大减速比对应的低速挡、小减速比对应的高速挡。当然，本领域技术人员可以根据需求在低速挡与高速挡之间增设中间的调速挡位。需要说明的是，第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的相应减速比可以设置得相同或者不同。

这里，初始上电时，将第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比初始化设置为大减速比，可以满足起升机构启动时重载的起升需求。换挡控制器可以根据启动时监测的负载的测量值来生成相应的挡位切换指令，以控制第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构切换挡位。该负载的测量值可以为负载的重量、负载对应的扭矩等参数。

实际应用中，起吊时，换挡控制器接收吊重检测单元检测的负载的测量值，以对负载进行持续监测。若设定时长内负载的测量值均小于或等于第一载荷，则确定该负载的测量值为轻载，换挡控制器分为两步进行逻辑控制。具体地，换挡控制器先控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所负载的测量值仍为轻载，控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比。这样，避免直接将第一可调节减速比的变速机构、第二可调节减速比的变速机构的减速比均切换至相应的小减速比，可以杜绝因负载未被完全起吊时监测的负载的测量值并非真实的负载导致的误判，通过后续监测中，确认所述负载的测量值仍为轻载时，换挡控制器控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比。这样，第一可调节减速比的变速机构、第二可调节减速比的变速机构的减速比均切换至相应的小减速比，可以确保了轻载状态下的高速运行，提高了起升机构的运行效率，且确保了调速过程中的安全性，有效避免了机械冲击。其中，第一载荷可以根据该变频起升机构运行在最高速度支持的载荷来确定。比如，第一载荷为主回路和副回路共同作用时，变频起升机构允许的最宽调速范围下支持的载荷。

在一实施例中，所述换挡控制器还用于：若所述负载的测量值为中载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所述负载的测量值为重载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的大减速比。

这里，起吊时，换挡控制器接收吊重检测单元检测的负载的测量值，以对负载进行持续监测。若设定时长内负载的测量值超过第一载荷且小于第二载荷，则确定该负载的测量值为中载。换挡控制器先控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比；继续监测所述负载的测量值，若所述负载的测量值为重载，控制所述第二可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的大减速比。这里，若持续监测设定时长内负载的测量值大于第二载荷，则确定负载的测量值为重载。设定时长可以根据监测的可靠性进行合理设置，第二载荷可以根据主回路和副回路共同作用时，变频起升机构的额定载荷的比例值来确定。第二载荷>第一载荷。在一应用示例中，第二载荷取值为额定载荷的80％。需要说明的是，本领域技术人员可以根据调速的需求对第二载荷进行合理设置。

在一实施例中，所述换挡控制器还用于：若确定所述负载的测量值为重载，保持所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构的减速比均为相应的大减速比。

这里，起吊时，换挡控制器接收吊重检测单元检测的负载的测量值，以对负载进行持续监测。若设定时长内负载的测量值超过第二载荷，则确定该负载的测量值为重载。换挡控制器保持所述第一可调节减速比的变速机构和所述第二可调节减速比的变速机构的减速比均为相应的大减速比。

本发明实施例变频起升机构，通过根据载荷的状态合理控制主回路、副回路中减速器的减速比，可以使得第一变频器、第二变频器工作在合理的频率区间，有效减少宽范围调速过程中的机械冲击。

考虑到换挡过程中，杜绝传动链路出现与动力源断裂的情况发生，主回路的第一可调节减速比的变速机构实施换挡操作时，将要瞬态切断主回路的第一电机与卷筒的传动链路，此时的转矩输出不能真实反映实际载荷值，此时由副回路的输出扭矩独立驱动卷筒，当主回路不真实，将会造成整个起升机构出现危险工况。基于此，在一实施例中，所述控制所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比时，所述第二变频器根据所述换挡控制器输出的力矩控制信号，并基于转矩控制模式控制所述第二电机；当所述第一可调节减速比的变速机构的减速比切换至相应的小减速比之后，所述第二变频器根据所述第一变频器输出的转矩控制信号，并基于转矩控制模式控制所述第二电机。这样，确保了主回路换挡前后维持速度与卷筒驱动力矩一致，保证换挡平稳与安全。

在一实施例中，所述吊重检测单元根据所述第一变频器输出的转矩控制信号确定所述负载的测量值或者所述吊重检测单元为单独设置的用于检测负载的测量值的传感器。比如，传感器可以为重力传感器或者力矩传感器。

在一实施例中，所述双减速机还包括两个固定减速比的第一减速机和第二减速机，所述第一可调节减速比的变速机构经所述第一减速机连接所述卷筒，所述第二可调节减速比的变速机构经所述第二减速机连接所述卷筒。

在一实施例中，所述双减速机还包括具有双输入端及一输出端的共用减速机，所述第一可调节减速比的变速机构、所述第二可调节减速比的变速机构分别连接所述共用减速机的双输入端中的一个，所述共用减速机的输出端连接所述卷筒。这样，可以使得整个变频起升机构的结构更为紧凑。

第一实施例

如图1所示，在第一实施例中，变频起升机构包括：主电机1、主变频器2、换挡控制器3、吊重检测单元4、副变频器5、副电机6、副可变减速比单元7、副减速机8、卷筒9、主减速机10、主可变减速比单元11。其中，主电机1相当于上述的第一电机，主变频器2相当于上述的第一变频器，主可变减速比单元11相当于上述的第一可调节减速比的变速机构，副电机6相当于上述的第二电机，副变频器5相当于上述的第二变频器，副可变减速比单元7相当于上述的第二可调节减速比的变速机构，主减速机10相当于上述的第一减速机，副减速机8相当于上述的第二减速机。

变频起升机构上电，换挡控制器将第一可调节减速比的变速机构和第二可调节减速比的变速机构的减速比均初始化设置为大减速比。启动后，该变频起升机构的具体工作过程如下：

情形一：吊重检测单元4检测卷筒9上的负载吊重，若确定负载吊重为重载，则换挡控制器3控制主可变减速比单元11和副可变减速比单元7均处于大减速比，主变频器2根据输入的速度指令，基于速度控制模式控制主电机1运行至设定的速度，并依次经主可变减速比单元11、主减速机10带动卷筒9旋转。主变频器2还根据检测的负载吊重，生成转矩控制信号给副变频器5，副变频器5基于转矩控制模式控制副电机6输出设定的力矩，并依次经副可变减速比单元7、副减速机8带动卷筒9旋转。

情形二：吊重检测单元4检测卷筒9上的负载吊重，若确定负载吊重为轻载，则换挡控制器3控制主可变减速比单元11处于大减速比、副可变减速比单元7处于小减速比，主变频器2根据输入的速度指令，基于速度控制模式控制主电机1运行至设定的速度，并依次经主可变减速比单元11、主减速机10带动卷筒9旋转。主变频器2还根据检测负载吊重，生成转矩控制信号给副变频器5，副变频器5基于转矩控制模式控制副电机6输出设定的力矩，并依次经副可变减速比单元7、副减速机8带动卷筒9旋转。此后，若吊重检测单元4检测卷筒9上的负载吊重，确定负载吊重仍为轻载，则换挡控制器3根据吊重检测单元4检测的吊重负载生成转矩控制信号给副变频器5，副变频器5基于转矩控制模式控制副电机6输出设定的力矩，换挡控制器3还控制主可变减速比单元11切换至小减速比，切换后，副变频器5继续接收主变频器2还根据检测的负载吊重，生成的转矩控制信号，并基于转换控制模式控制控制副电机6输出相应的力矩；若确定负载吊重为中载，则换挡控制器3控制主可变减速比单元11处于大减速比、副可变减速比单元7处于小减速比；若确定负载吊重为重载，则换挡控制器3控制主可变减速比单元11处于大减速比、副可变减速比单元7处于大减速比。

情形三：吊重检测单元4检测卷筒9上的负载吊重，若确定负载吊重为中载，则换挡控制器3控制主可变减速比单元11处于大减速比、副可变减速比单元7处于小减速比，主变频器2根据输入的速度指令，基于速度控制模式控制主电机1运行至设定的速度，并依次经主可变减速比单元11、主减速机10带动卷筒9旋转。主变频器2还根据检测负载吊重，生成转矩控制信号给副变频器5，副变频器5基于转矩控制模式控制副电机6输出设定的力矩，并依次经副可变减速比单元7、副减速机8带动卷筒9旋转。吊重检测单元4继续检测负载吊重，若确定负载吊重为重载，换挡控制器3控制副可变减速比单元7的减速比切换至相应的大减速比。

第二实施例

如图2所示，实施例二与实施例一的区别在于，双减速机采用公共减速机12来替换第一实施例中的主减速机10和副减速机8，公共减速机12具有双输入端和一个共用输出端，该共用输出端连接卷筒9。具体的工作过程可以参照第一实施例，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种塔机(又称为塔式起重机)，塔机包括塔身，塔身上设置上述实施例的变频起升机构。该塔机具有上述变频起升机构的优点，在此不再赘述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。