专利名称：自平衡上回转塔式起重机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工程建筑领域的上回转塔式起重机(本文简称塔机)，尤其涉及一种自平衡上回转塔式起重机(本文简称自平衡塔机)；具体地说，在平衡臂上设置有导轨，配重块固定在能在导轨上滑动的小车上。
背景技术：
塔机在房屋建筑、电站建设以及料场、混凝土预制构件厂等场所得到了广泛的应用。
塔机的结构特点是有一直立的塔身，起重臂连接在垂直塔身的上部，故塔机起升高度和工作幅度都很大。
目前塔机的配重块是固定在平衡臂末端的，而塔机在起吊作业时起重量的大小和幅度是不断变化的。由于配重块给塔机是一个固定的倾翻力矩，而重物给塔机是一个不断变化的倾翻力矩，因此塔机在起吊作业过程中，塔身始终受到变化力矩的作用。上述现象将产生两个弊端1、若此力矩超过塔机的承受能力，塔机将发生倾覆，造成重大安全事故。2、变化力矩始终作用在塔身结构上，长期工作会使塔身金属疲劳而失去承载能力，造成极大的安全隐患。因此，塔机在配重块固定不动的情况下工作是极不稳定、极不安全的。
为了解决塔机的倾覆问题，目前的做法是利用塔机的自重，同时加强塔身的刚度和强度。这样便使塔机的自重系数利用较大。塔机自重利用系数＝塔机自重×起升高度/额定力矩，也就是说，我国的塔机产品在同样额定力矩和起升高度条件下，塔机自重较大，使得我国同类产品与世界先进水平相比尚有一定差距。
发明内容
本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种自平衡上回转塔式起重机。
本实用新型的目的是这样实现的1、将塔机的平衡臂上加装导轨，配重块改造成小车移动式，配重块悬挂在小车上，使配重块能在平衡臂上前后移动；2、应用传感器和可编程控制器(PLC)，使塔机在吊运过程中根据起重量和幅度，自动调节配重块至塔身的距离，使塔机始终处于最佳工作状况，从而提高塔机的安全性能，改善塔机自重利用系数，提高产品的质量和档次。
具体地说，如图1，本实用新型包括现有塔机基本结构中的底座1、塔身2、回转机构8、起重臂10、平衡臂3、塔帽7、起升牵引机构6、起重变幅牵引机构9和起重变幅小车11；新设置有配重块变幅小车机构4、配重块变幅牵引机构5、拉力传感器12和控制系统K；从下到上，底座1、塔身2、回转机构8、塔帽7依次连接；在塔帽7底部的两侧分别设置有平衡臂3和起重臂10，平衡臂3和起重臂10的伸出端分别通过拉杆连接于塔帽7的顶部；在起重臂10上设置有起重变幅小车11、起重变幅牵引机构9；在平衡臂3上设置有起升牵引机构6、配重块变幅牵引机构5、配重块变幅小车机构4；控制系统K分别和起重变幅牵引机构9、配重块变幅牵引机构5、拉力传感器12电气连接；所述的配重块变幅牵引机构5是一种能自动检测配重块变幅位置的机构；所述的配重块变幅小车机构4是一种具有在平衡臂上前后移动功能的机构；所述的控制系统K是一种基于可编程控制器(PLC)，对配重块变幅牵引机构5进行自动控制的系统。
本实用新型的工作原理是如图2，设起吊重量为G，起吊物体到塔身2中心的距离为L1，可由起重变幅牵引机构9调节变动；设配重块重量为W，配重块到塔身2中心的距离为L2，可由配重块变幅牵引机构5调节变动。
在本实用新型作业过程中，由拉力传感器12测得起吊重量G，由编码器测得L1和L2的值，把这些信息送入可编程控制器中进行处理。
为了使本实用新型始终处于最佳平衡状态，须满足下式G L1＝W L2在作业过程中，根据起吊重量G到塔身2中心距离L1的大小，实时调节L2。如果G L1＞W L2，则使L2增大，否则使L2减小，即使塔机始终处于动态平衡中，保证塔身所受载荷最小。
本实用新型具有下列优点和积极效果1、“通过移动配重块使塔身受力平衡”是一个新的理念，本技术方案成功解决了塔身受力不平衡的重大安全问题。
2、采用编码器测量变幅幅度，克服了电位记测量方法的不足，提高了测试精度。
3、利用可编程控制器进行自动控制，实现了配重块自动变幅。
4、本实用新型适用于民用建筑、桥梁水利工程、大跨度工业厂房、电站、港口以及大型设备安装等工程施工中。
图1-本实用新型结构示意图；图2-本实用新型受力分析示意图；图3-起重变幅牵引机构9示意图；图4-配重块变幅牵引机构5示意图；图5-起升机构示意图；图6.1-平衡臂结构主视图，图6.2-平衡臂结构A-A视图，图6.3-平衡臂结构局部放大图；图7.1-配重块变幅小车机构4主视图，图7.2-配重块变幅小车机构4侧视图；图8-配重块变幅原理图；图9-控制系统K框图。
其中1-底座；
2-塔身；3-平衡臂，3.1-前导向滑轮， 3.2-前限位开关， 3.3-中间导向滑轮，3.4-后导向滑轮， 3.5-拉杆吊点， 3.6-后限位开关，3.7-导轨， 3.8-销轴；4-配重块变幅小车机构，4.1-配重块， 4.2-配重牵引钢丝绳， 4.3-连接销，4.4-行走轮， 4.5-车架；5-配重块变幅牵引机构，5.1-第1电动机，5.2-第1减速器，5.3-第1卷筒，5.4-第1编码器；6-起升牵引机构；7-塔帽；8-回转机构；9-起重变幅牵引机构；9.1-第2电动机，9.2-第2减速器，9.3-第2卷筒，9.4-第2编码器，9.5-限位器10-起重臂；11-起重变幅小车；12-拉力传感器；13-起升钢丝绳；14-滑轮组；K-控制系统。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明1、起重变幅牵引机构9现有的起重变幅牵引机构包括电机、减速器、卷筒、限位器；限位器9.5用于防止误操作，以保安全。
本起重变幅牵引机构9是在现有起重变幅牵引机构的基础上增加了编码器；
如图3，本起重变幅牵引机构9由第2电机9.1、第2减速器9.2、第2卷简9.3、第2编码器9.4、限位器9.5组成；第2编码器9.4设置在第2卷筒9.3的转轴上。
利用第2编码器9.4检测起吊重物到塔身的距离，即根据第2编码器9.4的输出检测卷筒的正转、反转及转过的角度，从而确定起吊重物到塔身中心的距离。
2、起升机构如图5，现有的起升机构由滑轮组14、起升牵引机构6、起升钢丝绳13等组成；为了保证变幅时重物做水平移动，起升钢丝绳13的终端固定在起重臂10上靠近塔身2的一端，在起升钢丝绳13的终端安装有拉力传感器12，用来直接测量起升钢丝绳13所受的拉力。检测到的拉力输入到控制系统K，使控制系统K得到所吊物体的重量信号。
3、平衡臂3如图6.1、图6.2、图6.3，平衡臂3是一种用型钢焊接的空间三角架结构。为了便于运输，平衡臂3由多节构成，节与节之间由销轴3.8连接。在平衡臂3的两边设置有由型材制成的导轨3.7，用来悬挂配重块变幅小车机构4。在平衡臂上设置有前、中、后导向滑轮3.1、3.3、3.4，用来给牵引钢丝绳导向。平衡臂3远离塔身的一节末端设有拉杆吊点3.5。为了防止配重块变幅位置超出限制，在平衡臂3导轨的两端安装有前、后限位开关3.2、3.6，给控制系统K传递小车的极限位置信号。
4、配重块变幅机构配重块变幅机构由配重块变幅小车机构4和配重块变幅牵引机构5组成。
如图7.1、图7.2，配重块变幅小车机构4由配重块4.1、配重牵引钢丝绳4.2、连接销4.3、行走轮4.4、车架4.5组成；其位置和连接关系是在导轨3.7上放置带有行走轮4.4的小车，配重块4.1通过连接销4.3固定在车架4.5上。配重块变幅小车机构4使配重块4.1可沿行走轨道3.7前后移动，以调节配重块4.1到塔身2中心的距离；如图1，配重块变幅牵引机构5安装在平衡臂3靠近塔帽7的一端。
如图4，配重块变幅牵引机构5由第1电动机5.1、第1减速器5.2、第1卷筒5.3、第1编码器5.4组成；配重牵引钢丝绳4.2绕在第1卷筒5.3上，配重牵引钢丝绳4.2的两端固结在车架4.5的两端，牵引配重块变幅小车机构4在导轨3.7上移动。在第1卷筒5.3的转轴上设置有第1编码器5.4，根据第1编码器5.4的输出检测出第1卷筒5.3的正转、反转及转过的角度，从而确定配重块4.1到塔身2中心的距离。
如图8，配重块4.1的变幅工作原理是第1电机5.1通过第1减速器5.2带动第1卷筒5.3转动，使第1卷筒5.3上缠绕的配重牵引钢丝绳4.2通过前、中、后导向滑轮3.1、3.3、3.4牵引配重块变幅小车机构4沿着平衡臂3的导轨3.7来回移动使配重块4.1变幅。
5、控制系统K如图9，控制系统K由可编程控制器(PLC)K1和变频器K2组成。可编程控制器K1用软件实现配重块4.1变幅的自动控制，可靠性大大提高。控制系统K结构简单，外部线路简化，另外可方便地增加或改变控制功能，也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。变频器K2用来对配重块变幅牵引机构5中的第1电机5.1进行起动控制、制动控制和调速控制。
(1)可编程控制器K1选用西门子公司的S7-200系列小型PLC，其中的处理器单元选用CPU224，扩展模块选用EM233模拟量模块。
(2)变频器K2选用西门子公司的MM440系列标准变频器。MM440系列变频器是矢量型变频器，具有多点V/f控制、矢量控制、转矩控制等功能。
(3)控制系统K的输入信号有配重块变幅牵引机构5中的第1编码器5.4、起重变幅牵引机构9中的第2编码器9.4、拉力传感器12、平衡臂前限位开关3.2、后限位开关3.6。
(4)控制系统K主要输出信号有报警信号B和变频器K2信号。
具体控制程序将另案申请。
权利要求1.一种自平衡上回转塔式起重机，包括现有塔机基本结构中的底座(1)、塔身(2)、回转机构(8)、起重臂(10)、平衡臂(3)、塔帽(7)、起升牵引机构(6)、起重变幅牵引机构(9)和起重变幅小车(11)；其特征在于设置有配重块变幅小车机构(4)、配重块变幅牵引机构(5)、拉力传感器(12)和控制系统(K)；从下到上，底座(1)、塔身(2)、回转机构(8)、塔帽(7)依次连接；在塔帽(7)底部的两侧分别设置有平衡臂(3)和起重臂(10)，平衡臂(3)和起重臂(10)的伸出端分别通过拉杆连接于塔帽(7)的顶部；在起重臂(10)上设置有起重变幅小车(11)、起重变幅牵引机构(9)；在平衡臂(3)上设置有起升牵引机构(6)、配重块变幅牵引机构(5)、配重块变幅小车机构(4)；控制系统(K)分别和起重变幅牵引机构(9)、配重块变幅牵引机构(5)、拉力传感器(12)电气连接；所述的配重块变幅牵引机构(5)是一种能自动检测配重块变幅位置的机构；所述的配重块变幅小车机构(4)是一种具有在平衡臂上前后移动功能的机构；所述的控制系统(K)是一种基于可编程控制器(K1)，对配重块变幅牵引机构(5)进行自动控制的系统。
2.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于起重变幅牵引机构(9)由第2电机(9.1)、第2减速器(9.2)、第2卷筒(9.3)、第2编码器(9.4)、限位器(9.5)组成；第2编码器(9.4)设置在第2卷筒(9.3)的转轴上。
3.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于起升机构由滑轮组(14)、起升牵引机构(6)、起升钢丝绳(13)组成；起升钢丝绳(13)的终端固定在起重臂(10)上靠近塔身(2)的一端，在起升钢丝绳(13)的终端安装有拉力传感器(12)。
4.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于在平衡臂(3)的两边设置有由型材制成的导轨(3.7)；在平衡臂(3)上设置有前、中、后导向滑轮(3.1、3.3、3.4)；在平衡臂(3)导轨的两端安装有前、后限位开关(3.2、3.6)。
5.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于配重块变幅小车机构(4)由配重块(4.1)、配重牵引钢丝绳(4.2)、连接销(4.3)、行走轮(4.4)、车架(4.5)组成；在导轨(3.7)上放置带有行走轮(4.4)的小车，配重块(4.1)通过连接销(4.3)固定在车架(4.5)上。
6.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于配重块变幅牵引机构(5)由第1电动机(5.1)、第1减速器(5.2)、第1卷筒(5.3)、第1编码器(5.4)组成；配重牵引钢丝绳(4.2)绕在第1卷筒(5.3)上，配重牵引钢丝绳(4.2)的两端固结在车架(4.5)的两端；在第1卷筒(5.3)的转轴上设置有第1编码器(5.4)。
7.按权利要求1所述的一种自平衡上回转塔式起重机，其特征在于控制系统(K)由可编程控制器(K1)和变频器(K2)组成；可编程控制器(K1)选用S7-200系列小型PLC，处理器单元选用CPU224，扩展模块选用EM233模拟量模块，变频器(K2)选用MM440系列标准变频器。
专利摘要本实用新型公开了一种自平衡上回转塔式起重机，涉及一种工程建筑领域的上回转塔式起重机。本实用新型是在现有塔机基础上设置有配重块变幅小车机构4、配重块变幅牵引机构5、拉力传感器12和控制系统K；在起重臂10上设置有起重变幅小车11、起重变幅牵引机构9；在平衡臂3上设置有起升牵引机构6、配重块变幅牵引机构5、配重块变幅小车机构4；控制系统K分别和起重变幅牵引机构9、配重块变幅牵引机构5、拉力传感器12电气连接。本实用新型通过移动配重块使塔身受力平衡，采用编码器测量变幅幅度，利用可编程控制器进行自动控制，实现了配重块自动变幅，适用于民用建筑、桥梁水利工程、大跨度工业厂房、电站、港口以及大型设备安装等工程施工中。
文档编号B66C23/72GK2892797SQ200620096260
公开日2007年4月25日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者谭春阳 申请人:谭春阳