吊点间平衡的起重机起吊系统的制作方法

发明涉及一种起重机起吊系统，尤其涉及一种吊点间平衡的起重机起吊系统，属于起重机领域。

背景技术：

起重机的起吊系统一般都具有多个起吊点，所谓起吊点指的是平衡梁上与钢丝绳固定的点，钢丝绳的另一端是固定在卷扬筒机构的卷扬筒上的，卷扬筒转动时，卷扬筒将钢丝绳卷上或者放开，实现起重机的起吊与降下，由于钢丝绳的直径、弹性模量、受力大小、磨损情况、以及卷扬筒直径和磨损情况绝对不会是一样的，这就使得钢丝绳与重物连接点的升降速度不完全一样，形成各吊点之间不同步，吊点间的不同步程度会随着起升高度的增加而增加，甚至会使起吊机构不能正常工作，甚至造成事故。

技术实现要素：

发明的目的是提供一种吊点间平衡的起重机起吊系统，以解决现有技术中因各起吊点上的钢丝绳之间的差异而造成的各起吊点的升降速度不同致使起重机不能正常工作的问题。

为了实现以上目的，发明采用如下技术方案：一种吊点间平衡的起重机起吊系统，具有平衡梁，平衡梁的两端分别连接有钢丝绳，两钢丝绳的一端固定在平衡梁上，两钢丝绳的另一端一一对应分别固定在两卷扬机构的卷扬筒上，所述卷扬筒上径向滑动设置有凸柱，卷扬筒上设置有供凸柱的外端伸出的滑孔，凸柱的内段处在卷扬筒内，卷扬筒内转动装配有凸轮轴，凸柱与卷扬筒之间设置有将凸柱的内端头压紧在凸轮轴的凸轮上的压簧，卷扬筒与凸轮轴之间设置有止转限位结构。

所述的凸柱相对于卷扬筒的外表面的伸出量为a，以a为未知数的方程为：2{[(r+a)²+r²-r²]^1/2+r}-2r{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}+2{[(r+a+d)²+r²-(r+d)²]^1/2+r}-2(r+d){arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}+…+2{[(r+a+(k-1)d)²+r²-(r+(k-1)d)²]^1/2+r}-2[r+(k-1)d]{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}＝l，其中，l为平衡梁升到顶部，剩余未缠绕在卷扬筒上的钢丝绳部分较长的比较短的长出来的长度，r为卷扬筒的半径，r为凸柱的半径，d为钢丝绳的直径，k为大于零的自然数，指的是钢丝绳的缠绕层数，r、r、d、k均为已知数。

所述的凸柱的外端面为靠近卷扬筒两端的部分高、中间低的弧形面。

所述的凸轮轴的驱动装置为具有断电抱死装置的变频电机，所述的止转限位结构为所述断电抱死装置。

所述的卷扬机构上设置有检测钢丝绳移动距离的位移传感器，位移传感器与中央控制器相连，位移传感器将钢丝绳移过的长度传递给中央控制器，若钢丝绳移过的长度小于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱外伸，若钢丝绳移过的长度大于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱内缩。

所述的凸轮的轮面与凸柱的内端面之间设置有滚动体。

所述的凸轮的轮面上开设有环形槽，所述的滚动体与环形槽的槽底滚动配合，滚动体与环形槽的两侧槽壁限位配合，所述的凸柱的内端面上开设有与凸轮轴的轴线一致的条状槽，所述滚动体与条状槽滚动配合。

所述的凸柱为外段直径小、内段直径大的台阶圆轴，所述的压簧套设在凸柱外段，压簧的内端压紧在凸柱的台阶面上，压簧的外端顶压在卷扬筒的内表面上。

所述的凸轮轴的两端通过轴承与卷扬筒转动装配，所述的凸柱处在卷扬筒的中间部位。

所述的止转限位结构为电磁离合器。

发明的卷扬筒上设置有径向滑动的凸柱，凸柱由转动装配在卷扬筒内部的凸轮驱动伸出卷扬筒并在压簧的作用下内缩，在凸柱外伸时会挤占卷扬筒上的空间，使得钢丝绳更早的升到第二层，卷扬筒转过同样的圈数，钢丝绳上升的长度将更长，起吊点升高越高，从而调整各起吊点之间的高度，实现两起吊点之间的位置平衡，保证起重机能正常工作。

发明的凸柱的外端面为靠近卷扬筒两端的部分高、中间低的弧形面，钢丝绳绕在凸柱的外端头上时，会与弧形面配合，不会随便移动位置。

发明的驱动装置为具有断电抱死装置的变频电机，在卷扬机构上设置有检测钢丝绳移动距离的位移传感器，位移传感器与中央控制器相连，位移传感器将钢丝绳移过的长度传递给中央控制器，若钢丝绳移过的长度小于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱外伸，若钢丝绳移过的长度大于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱内缩，从而实现凸柱应该伸出长度的实际学习。

发明的凸轮的轮面与凸柱的内端面之间设置有滚动体，使得凸轮与凸柱之间能可靠实现移动。

附图说明

图1是发明实施例的整体结构示意图；

图2是图1中a处的局部剖视图；

图3是凸柱上绕了第一层钢丝绳的结构示意图；

图4是凸柱上绕了第二层钢丝绳的结构示意图；

图5是凸轮轴在凸轮处的横截面示意图。

具体实施方式

一种吊点间平衡的起重机起吊系统的实施例，在图1和图2中，其平衡梁1的两端分别连接有钢丝绳2，这两根钢丝绳2的一端分别固定在平衡梁1的两端，两钢丝绳2的另一端一一对应固定在两卷扬机构的卷扬筒3上，也就是说，一根钢丝绳2的另一端固定在一个卷扬筒3上，另一根钢丝绳2的另一端固定在另一个卷扬筒3上。在卷扬筒3内转动装配有凸轮轴4，凸轮轴4的两端通过轴承与卷扬筒3转动装配，在卷扬筒3内设置有凸柱5，凸柱5是沿着卷扬筒3的径向滑动设置的，凸柱5处在卷扬筒3的中间部位。凸柱5的内端头顶压在凸轮轴4的凸轮6上，在卷扬筒3上开设有滑孔7，凸柱5的外段可以由滑孔7中滑动伸出，凸柱5为外段直径小、内段直径大的圆轴，在凸柱5的外段上套设有压簧8，压簧8的内端压紧在凸柱5的台阶面上，压簧8的外端压紧在卷扬筒3的内表面上，卷扬筒3的内段处在卷扬筒3内。凸柱5的外端面为靠近卷扬筒3两端的部分高、中间低的弧形面，这样，在钢丝绳缠绕在凸柱5的端头上时，可以卡在弧形面内，不会轴向移动。

凸轮轴4的驱动装置为具有断电抱死装置的变频电机9，变频电机9是随着卷扬筒一起转动的，所以，变频电机9的供电结构需要设置电滑环结构，这是一种现有技术，也就是供电电线的一部分是转动的，另一部分是不动的，防止电线随着变频电机9的转动而绕死，无法工作。断电抱死装置可以抱死防止凸轮轴转动，即为凸轮轴4的止转限位结构，可以为凸轮轴4定位，具有断电抱死装置的变频电机为市购件，这类电机很常见，一般的变频电机及伺服电机都会在断电时抱死，所谓抱死也就是，电机的输出轴无法转动。

在凸轮6的轮面上开设有环形槽10，在凸柱5的内端面上开设有与凸轮轴4的轴线一致的条状槽11，在环形槽10与条状槽11形成的空间内设置有滚珠12，滚珠12与环形槽10的槽底滚动配合，滚珠12与环形槽10的两侧槽壁限位配合，滚珠12与条状槽11也滚动配合。

在卷扬机构上设置有位移传感器13，位移传感器固定在卷扬机构的基础上，也就是相对于安装起重机的土建基础不动的位置上，位移传感器13用于检测钢丝绳移动的距离，位移传感器13与中央控制器传输相连，位移传感器13会将钢丝绳移过的距离传输给中央控制器，在起升结束后，中央控制器会采集位移传感器13传来的数据，与事先输入到中央控制器内的钢丝绳应该移过的长度相比，如若钢丝绳移过的长度小于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱外伸，若钢丝绳移过的长度大于钢丝绳的应该移过的长度，下次起升前，中央控制器将控制变频电机转动驱动凸柱内缩，以此来微调凸柱的伸出长度。这里的中央处理器是采用plc编程的处理器，卷扬机构的断电和复电信号均传输给中央处理器，以此来判断起升结束和起升开始的时刻。具体程序的编写以及控制的实现对本领域的技术人员来说属于常规技术，无需花费创造性劳动，在此不再详述。

在实际运行时，凸柱的外伸量可以如此确定，凸柱缩在卷扬筒内，将平衡梁升到顶部，测出剩余未缠绕在卷扬筒上的钢丝绳部分较长的比较短的长出来的长度l。在凸柱伸出以后，图3所示的是凸柱上绕了第一层钢丝绳的结构示意图，凸柱的伸出量为a，a为有效伸出量，也就是凸柱外端头的最低点与卷扬筒外表面之间的距离，凸柱的半径为r，卷扬筒的半径为r，凸柱的边沿与卷扬筒之间的长度为x，其中r、r为已知数，钢丝绳处在凸柱与卷扬筒之间的部分为y，x²＝(r+a)²+r²，y²＝x²-r²＝(r+a)²+r²-r²，那么，钢丝绳处在其与卷扬筒的两个切点之间的部分的长度为：2(y+r)＝2{[(r+a)²+r²-r²]^1/2+r}。而，在凸柱没有伸出卷扬筒时，钢丝绳处在其与卷扬筒的两个切点之间的部分的角度为θ，θ＝2(α+β)，tanα＝r/(r+a)；tanβ＝y/r；α＝arctan[r/(r+a)]，β＝arctan(y/r)；θ＝2{arctan[r/(r+a)]+arctan(y/r)}，那么，钢丝绳处在其与卷扬筒的两个切点之间的部分的长度就等于rθ，其中：tanα为α的正切。那么，因为凸柱伸出而多绕的第一层钢丝绳长度即为：2(y+r)-rθ＝2{[(r+a)²+r²-r²]^1/2+r}-2r{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}。

图4所示的是凸柱上绕了第二层钢丝绳的结构示意图，凸柱的伸出量为a，a为有效伸出量，也就是凸柱外端头的最低点与卷扬筒外表面之间的距离，凸柱的半径为r，卷扬筒的半径为r，钢丝绳的直径为d，凸柱的边沿与卷扬筒之间的长度为x1，钢丝绳处在凸柱与卷扬筒之间的部分为y1，其中r、r、d为已知数，x1²＝(r+a+d)²+r²，y1²＝x1²-(r+d)²＝(r+a+d)²+r²-(r+d)²，那么，钢丝绳处在其与卷扬筒的两个切点之间的部分的长度为：2(y1+r)＝2{[(r+a+d)²+r²-(r+d)²]^1/2+r}。而，在凸柱没有伸出卷扬筒时，第二层钢丝绳处在其与卷扬筒缠绕了第一层钢丝绳后的结构的两个切点之间的部分的角度仍为θ，θ＝2(α+β)，tanα＝r/(r+a)；tanβ＝y/r；α＝arctan[r/(r+a)]，β＝arctan(y/r)；θ＝2{arctan[r/(r+a)]+arctan(y/r)}，那么，第二层钢丝绳处在其与卷扬筒缠绕了第一层钢丝绳后的结构的两个切点之间的部分的长度就等于(r+d)θ，其中：tanα为α的正切。那么，因为凸柱伸出而多绕的第二层钢丝绳长度即为：2(y1+r)-(r+d)θ＝2{[(r+a+d)²+r²-(r+d)²]^1/2+r}-2(r+d){arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}。

以此类推，因为凸柱伸出而多绕的第k层钢丝绳长度即为：2{[(r+a+(k-1)d)²+r²-(r+(k-1)d)²]^1/2+r}-2[r+(k-1)d]{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}。其中k为大于零的自然数，指的是钢丝绳的缠绕层数，为已知数，可以根据钢丝绳的长度事先估计出来，因为，在凸柱伸出后，即便卷扬筒上一层的钢丝绳的总长度会增加，凸柱伸出前后，需要缠绕的钢丝绳全部缠完后，卷扬筒上的钢丝绳层数也不会有一层的差别，因为，本来应钢丝绳的性质差异而造成的各钢丝绳之间长度差异就非常微小。

将各层多出来的钢丝绳长度相加就可以计算出因为凸柱伸出而多绕的所有钢丝绳的长度，这个长度为：2{[(r+a)²+r²-r²]^1/2+r}-2r{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}+2{[(r+a+d)²+r²-(r+d)²]^1/2+r}-2(r+d){arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}+…+2{[(r+a+(k-1)d)²+r²-(r+(k-1)d)²]^1/2+r}-2[r+(k-1)d]{arctan[r/(r+a)]+arctan{[(r+a)²+r²-r²]^1/2/r}}，这个总长度应该等于l，也就得出一个一元一次方程，其中未知数即为a，解出这个方程即可得出a的具体值，也就是凸柱的具体伸出量。

上述计算方法为简化了的数学模型，因为制造误差、各部件之间的装配间隙还有相邻圈钢丝绳之间的缠绕间隙等问题，在实际工程中难免会与计算结果存在少许偏差，因此，本实施例采用中央控制器对凸柱的伸出量进行微调，同时，由于实际工程中，并需要不像数学那样的确切，因为即便有少许的误差，也就是即便是两起吊点不是那么的同步也不会影响起重机的工作，只要两起吊点之间的高低差异不是影响起重机的正常工作，有点不同步也无所谓，也正因为如此，凸柱的伸出量也可以由试验得出，只是不够精确而已，但是也不影响起重机的工作，本发明的方案也可以实现。

图5是凸轮轴在凸轮处的横截面示意图，并且将坐标轴的原点设置在凸轮轴的中心位置，所示的是凸柱伸出量a与凸轮轴所在位置之间的关系，若凸轮轴的a点与凸柱接触时，凸柱刚好与卷扬筒的外表面平齐，而当凸轮轴的b点处与凸柱接触时，凸柱的伸出量a即为a点与原点之间的距离与b点与原点之间的距离之差，在凸轮设计出来，结构确定后，就可以根据a计算出相对于a点凸轮轴需要继续转动的角度，一次控制凸轮轴的转动规律，当然，这个规律也可以通过实验获得，最终使得凸柱的伸出量为a即可，可能不够准确，但是在工程当中是不需要精确到确定值的，在一定的误差下，起重机也是可以工作的。本实施例中的凸轮的轮廓线是由两段弧线和两根与两段弧线均相切的直线组成的，在其他的实施例中，可以选择其他的曲线类型。

本实施例中的止转限位结构为变频电机的断电抱死装置，在其他实施例中也可以为电磁离合器，这时，可以手动为电磁铁通断电，手动转动凸轮轴。当然，止转限位结构也可以为其他的止转限位结构，如机械止转限位结构。

本实施例中的凸柱是依据附图给出的一种具体的结构，在其他实施例中，本领域的技术人员所熟知的、可以实现本发明的技术方案的结构也可以采用。

本实施例中的滚动体为滚珠，在其他实施例中，滚动体也可以选择圆柱滚子或者圆锥滚子。

在本实施例中，凸柱的外端头为弧形面，在其他实施例中，凸柱的外端头也可以是平面。