专利名称：控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统及其工作方法
技术领域：
本发明属于工程机械技术领域，尤其是涉及一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统及其工作方法。
背景技术：
强夯机为了提高工作效率，通常选用全释放卷扬作为主升降卷扬。全释放卷扬通过离合器来实现卷筒与卷扬马达之间的连接。在正常起升时，卷扬马达输出端的动力通过离合器作用于卷筒，卷筒为缠绕在上面的钢丝绳提供牵引力来进行重物的提升。在夯锤下放过程中，为了提高强夯机的工作效率，通过离合器使卷筒和卷扬马达分开，卷筒在夯锤的重力的作用下进行自由下放钢丝绳的动作。对卷扬制动的控制是强夯机全释放卷扬制动的电气控制系统的关键因素。制动过早，容易造成整车前倾，导致安全事故；而制动过晚，则容易造成钢丝绳乱绳，影响强夯机的工作效率。现在还没有出现针对全释放卷扬的控制系统，只有对可控落体卷扬的控制系统，其主要控制策略为:可控落体加压释放后，卷扬马达进行可控落体工作，通过随供的测量泵和落体控制阀来控制绳速，可以选择使用电控或人工操作来控制落体速度。可控落体卷扬的控制系统复杂，调试比较繁琐，成本造价高。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统及其工作方法，尤其是能够在不增加系统硬件成本的情况下，有效控制强夯机卷扬的制动时机。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，包括: 高度采集机构，采集强夯机的夯锤高度位置，提供夯锤上升动作的第一高度位置和夯锤下降动作的第二高度位置；拉力采集机构，采集连接夯锤的钢丝绳所受拉力，提供钢丝绳带动夯锤执行上升动作的第一拉力值；手动控制开关，具有通和断的两种状态，向可编程控制器提供夯锤的上升指令和下降指令；可编程控制器，其输入端分别连接所述高度采集机构、拉力采集机构和手动控制开关，具有设定初始拉力值和设定延时时间，可编程控制器判断所述上升指令，发出第一动作指令至指令输出设备；判断所述第一拉力值与所述设定初始拉力值之间的大小，在第一拉力值大于或等于设定初始拉力值的情况下，记录所述第一高度位置为零点位置，并将此时作为设定延时时间的起点；在所述设定延时时间到达终点后，判断所述下降指令，并发出第二动作指令至指令输出设备；当所述第二高度位置到达所述零点位置时，将此时作为所述设定延时时间的起点，在所述设定延时时间到达终点时，输出第三动作指令至指令输出设备；指令输出设备，连接所述可编程控制器，依次接收所述第一动作指令、第二动作指令和第三动作指令，并依次驱动执行机构动作；显示设备，与可编程控制器的输出端连接；执行机构，与指令输出设备连接，控制所述钢丝绳的提升动作和下方动作；供电单元，连接拉力采集机构和可编程控制器；进一步的，还包括角度采集机构，采集所述强夯机上车的回转角度，其输出端与所述可编程控制器的输入端连接，所述角度采集机构向所述可编程控制器提供第一角度值；进一步的，所述高度采集机构为高度编码器，所述高度编码器的输入端连接所述强夯机的卷扬马达；进一步的，所述拉力采集机构包括销轴传感器和力矩限制器，所述销轴传感器和所述力矩限制器分别连接所述供电单元，所述销轴传感器位于所述强夯机的主臂头部，所述销轴传感器与所述钢丝绳接触，所述销轴传感器的输出端连接所述力矩限制器，所述力矩限制器通过CAN总线与所述可编程控制器双向连接；进一步的，所述手动控制开关为翘板开关；进一步的，所述指令输出设备为开关量电磁阀，所述开关量电池阀的输出端接地，所述开关量电磁阀连接所述执行机构；进一步的，所述执行机构为卷扬离合器，所述卷扬离合器通过所述卷扬马达连接所述钢丝绳；
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进一步的，所述角度采集机构为回转编码器，其输入端与所述强夯机的中心回转接头处连接。一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统的工作方法，包括如下步骤:第一步，设定可编程控制器的设定初始拉力值和设定延时时间；第二步，手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供上升指令，可编程控制器接收上升指令，并发出第一动作指令至开关量电磁阀；第三步，开关量电磁阀控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，钢丝绳在卷扬马达的带动牵动夯锤向上运动；第四步，销轴传感器采集钢丝绳所承受的第一拉力值，并通过力矩限制器传递给可编程控制器，可编程控制器判断第一拉力值与设定初始拉力值之间的大小，在第一拉力值大于或等于设定初始拉力值的情况下，记录由高度编码器采集的第一高度位置为零点位置，并将此时作为设定延时时间的起点；第五步，回转编码器采集上车的第一角度值，并传递给可编程控制器，可编程控制器禁止上车发生回转，在设定延时时间到达终点后的一段时间，手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供下降指令；第六步，可编程控制器接收下降指令，并发出第二动作指令至开关量离合器，开关量离合器断开并使得卷扬马达与钢丝绳之间的连接断开，钢丝绳失去拉低，夯锤在自身重力的作用下进行自由落体运动；第七步，高度编码器在夯锤的自由落体过程中采集夯锤的第二高度位置，并将第二高度位置发送至可编程控制器，可编程控制器判断第二高度位置是否为零点位置，当第二高度位置为零点位置时，将此时作为设定延时时间的起点，在所述设定延时时间到达终点时，输出第三动作指令至指开关量电磁阀；第八步，开关量电磁阀接收第三动作指令并控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，卷扬马达通过钢丝绳向夯锤提供向上的作用力，夯锤停止下落直至静止。本发明具有的优点和积极效果是:由于采用上述技术方案，选用可编程控制器作为控制系统核心，利用强夯机上现有装置，在不增加系统硬件成本的情况下，有效控制强夯机卷扬的制动时机，从而实现了提高单次夯击效率、防止卷扬乱绳、提高卷扬工作寿命的目的，通过可编程控制器和力矩限制器的配合使用，不但可以保证对全释放卷扬及时准确的制动，还可以降低成本、简化调试所需的时间。
图1是本实施例的电气结构示意图
具体实施例方式如图1所示，本发明提供一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，包括:高度采集机构，即高度编码器，高度编码器的输入端连接强夯机的卷扬马达，高度采集机构采集强夯机的夯锤高度位置，提供夯锤上升动作的第一高度位置和夯锤下降动作的第二高度位置；拉力采集机构，包括销轴传感器和力矩限制器，销轴传感器和力矩限制器分别连接供电单元，销轴传感器位于强夯机的主臂头部，销轴传感器与所述钢丝绳接触，销轴传感器的输出端连接力矩限制器，力矩限制器通过CAN总线与可编程控制器双向连接，销轴传感器采集钢丝绳所受拉力，通过力矩限制器向可编程控制器提供钢丝绳带动夯锤执行上升动作的第一拉力值；角度采集 机构，即回转编码器，其输入端与强夯机的中心回转接头处连接，其输出端与可编程控制器的输入端连接，回转编码器采集强夯机上车的回转角度，并向所述可编程控制器提供第一角度值；手动控制开关，即翘板开关，具有通和断的两种状态，向可编程控制器提供夯锤的上升指令和下降指令；可编程控制器，其输入端分别连接高度编码器、力矩限制器、回转编码器和翘板开关，具有设定初始拉力值和设定延时时间，其输出端与指令输出设备连接；指令输出设备为开关量电磁阀，开关量电磁阀的输出端接地，开关量电磁阀还连接执行机构；显示设备为液晶显示器；执行机构为卷扬离合器，卷扬离合器通过卷扬马达控制钢丝绳的提升动作和下方动作；供电单元，连接拉力销轴传感器、力矩限制器和可编程控制器。本实例的工作过程如下:SOl设定可编程控制器的设定初始拉力值和设定延时时间；
S02手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供上升指令，可编程控制器接收上升指令，并发出第一动作指令至开关量电磁阀；S03开关量电磁阀控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，钢丝绳在卷扬马达的带动牵动夯锤向上运动；S04销轴传感器采集钢丝绳所承受的第一拉力值，并通过力矩限制器传递给可编程控制器，可编程控制器判断第一拉力值与设定初始拉力值之间的大小，在第一拉力值大于或等于设定初始拉力值的情况下，记录由高度编码器采集的第一高度位置为零点位置，并将此时作为设定延时时间的起点；S05回转编码器采集上车的第一角度值，并传递给可编程控制器，可编程控制器禁止上车发生回转，在设定延时时间到达终点后的一段时间，手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供下降指令；S06可编程控制器接收下降指令，并发出第二动作指令至开关量离合器，开关量离合器断开并使得卷扬马达与钢丝绳之间的连接断开，钢丝绳失去拉低，夯锤在自身重力的作用下进行自由落体运动；S07高度编码器在夯锤的自由落体过程中采集夯锤的第二高度位置，并将第二高度位置发送至可编程控制器，可编程控制器判断第二高度位置是否为零点位置，当第二高度位置为零点位置时，将此时作为设定延时时间的起点，在所述延时时间到达终点时，输出第三动作指令至指开关量电磁阀；S08开关量电磁阀接收第三动作指令并控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，卷扬马达通过钢丝绳向夯锤提供向上的作用力，夯锤停止下落直至静止。在上述步骤SOl至S 08中，液晶显示器显示出了设定拉力值、设定延时时间、强夯机工作状态以及第一角度值。以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
权利要求
1.一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于，包括 高度采集机构，采集强夯机的夯锤高度位置，提供夯锤上升动作的第一高度位置和夯锤下降动作的第二高度位置； 拉力采集机构，采集连接夯锤的钢丝绳所受拉力，提供钢丝绳带动夯锤执行上升动作的第一拉力值； 手动控制开关，具有通和断的两种状态，向可编程控制器提供夯锤的上升指令和下降指令； 可编程控制器，其输入端分别连接所述高度采集机构、拉力采集机构和手动控制开关，具有设定初始拉力值和设定延时时间，可编程控制器判断所述上升指令，发出第一动作指令至指令输出设备；判断所述第一拉力值与所述设定初始拉力值之间的大小，在第一拉力值大于或等于设定初始拉力值的情况下，记录所述第一高度位置为零点位置，并将此时作为设定延时时间的起点；在所述设定延时时间到达终点后，判断所述下降指令，并发出第二动作指令至指令输出设备；当所述第二高度位置到达所述零点位置时，将此时作为所述设定延时时间的起点，在所述设定延时时间到达终点时，输出第三动作指令至指令输出设备; 指令输出设备，连接所述可编程控制器，依次接收所述第一动作指令、第二动作指令和第三动作指令，并依次驱动执行机构动作； 显示设备，与可编程控制器的输出端连接； 执行机构，与指令输出设备连接，控制所述钢丝绳的提升动作和下方动作； 供电单元，连接拉力采集机构和可编程控制器。
2.根据权利要求I所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于还包括角度采集机构，采集所述强夯机上车的回转角度，其输出端与所述可编程控制器的输入端连接，所述角度采集机构向所述可编程控制器提供第一角度值。
3.根据权利要求I所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述高度采集机构为高度编码器，所述高度编码器的输入端连接所述强夯机的卷扬马达。
4.根据权利要求I所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述拉力采集机构包括销轴传感器和力矩限制器，所述销轴传感器和所述力矩限制器分别连接所述供电单元，所述销轴传感器位于所述强夯机的主臂头部，所述销轴传感器与所述钢丝绳接触，所述销轴传感器的输出端连接所述力矩限制器，所述力矩限制器通过CAN总线与所述可编程控制器双向连接。
5.根据权利要求I所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述手动控制开关为翘板开关。
6.根据权利要求3所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述指令输出设备为开关量电磁阀，所述开关量电池阀的输出端接地，所述开关量电磁阀连接所述执行机构。
7.根据权利要求6所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述执行机构为卷扬离合器，所述卷扬离合器通过所述卷扬马达连接所述钢丝绳。
8.根据权利要求2所述的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统，其特征在于所述角度采集机构为回转编码器，其输入端与所述强夯机的中心回转接头处连接。
9.一种依据权利要求1-8中任一项的控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤 第一步，设定可编程控制器的设定初始拉力值和设定延时时间； 第二步，手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供上升指令，可编程控制器接收上升指令，并发出第一动作指令至开关量电磁阀； 第三步，开关量电磁阀控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，钢丝绳在卷扬马达的带动牵动夯锤向上运动； 第四步，销轴传感器采集钢丝绳所承受的第一拉力值，并通过力矩限制器传递给可编程控制器，可编程控制器判断第一拉力值与设定初始拉力值之间的大小，在第一拉力值大于或等于设定初始拉力值的情况下，记录由高度编码器采集的第一高度位置为零点位置，并将此时作为设定延时时间的起点； 第五步，回转编码器采集上车的第一角度值，并传递给可编程控制器，可编程控制器禁止上车发生回转，在设定延时时间到达终点后的一段时间，手动控制翘板开关动作，翘板开关向可编程控制器提供下降指令； 第六步，可编程控制器接收下降指令，并发出第二动作指令至开关量离合器，开关量离合器断开并使得卷扬马达与钢丝绳之间的连接断开，钢丝绳失去拉低，夯锤在自身重力的作用下进行自由落体运动； 第七步，高度编码器在夯锤的自由落体过程中采集夯锤的第二高度位置，并将第二高度位置发送至可编程控制器，可编程控制器判断第二高度位置是否为零点位置，当第二高度位置为零点位置时，将此时作为设定延时时间的起点，在所述设定延时时间到达终点时，输出第三动作指令至指开关量电磁阀； 第八步，开关量电磁阀接收第三动作指令并控制卷扬离合器闭合，卷扬离合器的闭合使得卷扬马达与钢丝绳连接，卷扬马达通过钢丝绳向夯锤提供向上的作用力，夯锤停止下落直至静止。
全文摘要
本发明提供一种控制强夯机全释放卷扬制动的电气系统及其工作方法，包括高度采集机构、拉力采集机构、手动控制开关、可编程控制器、指令输出设备、显示设备、执行机构以及供电单元。本发明的有益效果是选用可编程控制器作为控制系统核心，利用强夯机上现有装置，在不增加系统硬件成本的情况下，有效控制强夯机卷扬的制动时机，从而实现了提高单次夯击效率、防止卷扬乱绳、提高卷扬工作寿命的目的，通过可编程控制器和力矩限制器的配合使用，不但可以保证对全释放卷扬及时准确的制动，还可以降低成本、简化调试所需的时间。
文档编号B66D5/30GK103253608SQ20131016242
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者吴法涛, 刘灿伦, 王惠民, 高顺德 申请人:天津山河装备开发有限公司