高效率的塔吊速度智能控制装置的制作方法

本实用新型涉及建筑机械、工程机械领域，特别是一种高效率的塔吊速度智能控制装置。

背景技术：

动臂塔式起重机的主要运行机构有动臂变幅机构(俗称拉臂机构)、起升机构、回转机构。动臂变幅机构的主要作用是实现起重臂的俯仰(即实现起重臂15°～85°范围内运行)。起升机构的主要作用是实现重物的起降。

起升机构负载的主要特点是，在额定起重量内，各种负载均有可能，但大部分时候负载为额定载荷的50％～75％。

动臂变幅机构负载的最大的特点是，当起重臂在15°时，所需要机构提供的牵引力最大，随着运行幅度的不断变化，当起重臂在85°时，所需要机构提供的牵引力最小，经计算，所需牵引力仅为15°时的10％～20％(因不同塔机，具体值有所差异，但基本都在此范围内),动臂变幅机构负载与工作幅度关系见图1所示。

随着变频技术的不断发展及成熟，变频技术在塔吊上的使用也逐步普及，变频控制的主要特点：

1.理论上可实现电机无极调速。

2.可充分利用变频电机的恒功率及恒扭矩特性，即基频以下为恒转矩，基频以上为恒功率，实现重载低速，轻载高速。

3.变速平稳，冲击小，节能。

虽然变频调速技术与传统的调速相比具有非常大的优势，但在塔吊上，变频技术的性能并未得到充分的发挥，虽然变频技术理论上可实现无极调速，但受传动技术的影响，控制上仅使用了有限的几个档位，仅在换档的时候利用了变频技术的平滑过渡，减少了常规调速的冲击。塔机档位与对应的牵引力控制见图2所示。

由图2可知：

1.当机构运行在1-3档(变频电机恒扭矩特性段)时，随着运行速度的提高，机构牵引力保持不变。

2.当机构运行在4-5档(变频电机恒功率特性段)时，机构的牵引力与运行速度成反比，随着运行速度的提高，机构牵引力逐渐降低。

3.使用过程中，起升机构的载荷从起吊到停止，载荷在运行过程中是恒定的，不会随着运行高度的改变而改变。所以1-3档一般用于额定载荷，4-5档一般用于空载和轻载。由上图可知，当机构运行在4档时，机构所能提供的牵引力为额定牵引力的75％，当机构运行在5档时，机构所能提供的牵引力为额定牵引力的50％，但当载荷为额定载荷的100％～75％中间和75％～50％中间时没有与之最佳匹配的档位对应，仅能使用低一个档位速度运行。机构的运行速度没有得到充分的发挥，从而导致机构运行效率低。

4.使用过程中，动臂变幅机构的载荷随着起重臂工作幅度的变化而不断变化。为了保证使用安全，动臂变幅机构在设计牵引力时均是按最大负载(工作幅度15°)时设计。在工作过程中，负载和工作幅度凭观察及经验无法准确得出。所以为了保证塔机的安全，使用时，动臂变幅机构仅使用1-3档(变频电机恒扭矩特性段)，没有充分利用变频电机的恒功率特性，电机的利用率低，性能没有得到充分的发挥，从而导致机构运行效率低。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种高效率的塔吊速度智能控制装置，在动臂塔式起重机的滑轮轴或机构安装销或钢绳经过位置上设置重量传感器，根据重量传感器检测到的实时重量信号，由控制单元给出不同负载所对应的速度并转化为对应的控制信号输入到变频器，变频器再根据控制单元的输入信号及内部设定好的参数，输出对应的频率，控制电机以对应的转速运转，实现塔吊速度智能控制，充分地利用了变频电机的恒功率特性，电机的利用率高，性能得到充分的发挥，提升了机构运行效率。

本实用新型采用的技术方案是：

一种高效率的塔吊速度智能控制装置，包括控制单元、变频器、电机和设于动臂塔式起重机的滑轮轴或机构安装销或钢绳经过位置上的重量传感器；所述重量传感器的信号输出端连接控制单元的信号输入端，所述控制单元的信号输出端连接变频器的信号输入端，所述变频器的信号输出端连接电机的信号输入端。

优选地，所述控制单元为PLC控制器。

优选地，所述变频器包括三相交流电输入部分、整流器、驱动电路、逆变电路和直流接触器，所述直流接触器分为三条支路，第一条支路连接整流器，第二条支路连接逆变电路，第三条支路与驱动电路的两个负载端连接。

优选地，所述变频器还包括电感，所述电感与直流接触器并联连接。

本实用新型的有益效果是：

1、通过重量传感器，对负载进行实时测量。原技术上虽然起升机构也使用了重量限制开关，但只有几个机械式的触点开关，主要目的是为了防止塔吊超载，没有对负载实时测量。本实用新型所使用的重量传感器是将钢绳负载变化的信号通过传感器转为电流或电压的变化信号，再通过模拟电路与数字电路之间的转换，最终转为PLC可识别的数字信号，从而对负载进行实时测量。

2、速度与负载的自动匹配。现在技术中，使用的都是预先设定好的固定的几个档位，档位之间跨度较大，当重量处于两个档位额定重量之间时，只能以较低一个档位的速度运行。此时电机功率还有很大的富余量，没有充分的发挥电机的性能。本实用新型通过速度与负载的自动匹配，通过对负载的实时测量，根据不同负载，匹配限定范围内最快的运行速度，让电机始终工作在最大性能状态下，充分发挥电机的性能。

3、在动臂变幅机构上，利用了变频电机的恒功率特性。现有技术中，对于动臂变幅机构，在使用过程中，由于无法实时得出起重臂在不同幅度下的实际所需要的牵引力。为了保证安全可靠，均使用的机构的恒转矩(恒定的牵引力)部分，即图2中的1-3档。电机的恒功率特性(4-5档)均未使用，所以变频电机的性能未得到充分发挥。本实用新型中，通过对电机恒功率特性(4-5档)的充分利用，达到了轻载高速运行，从而使运行效率大大提升。

4、重量传感器安装在滑轮轴上或机构固定销上或者钢绳经过的其他部位，便于与负载实时测量。

5、本实用新型的变频器可靠性高，能在湿度高、灰尘大、有腐蚀性气体的环境中使用；对电网质量要求小，驱动信号从独立的开关电源供给；提高了使用寿命，减小了体积。

附图说明

图1为动臂变幅机构负载与工作幅度的关系示意图；

图2为塔机档位与对应的牵引力控制关系示意图；

图3为本实用新型实施例的结构原理示意图；

图4为本实用新型实施例中变频器的结构示意图；

附图标记：1-重量传感器，2-控制单元，3-变频器，4-电机，5-交流电输入部分，6-整流器，7-驱动电路，8-逆变电路，9-直流接触器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例

一种高效率的塔吊速度智能控制装置，包括控制单元2、变频器3、电机4和设于动臂塔式起重机的滑轮轴或机构安装销或钢绳经过位置上的重量传感器1；所述重量传感器1的信号输出端连接控制单元2的信号输入端，所述控制单元2的信号输出端连接变频器3的信号输入端，所述变频器3的信号输出端连接电机4的信号输入端。

所述控制单元2为PLC控制器。

通过安装在滑轮轴或机构安装销上或钢绳经过的其他位置上的重量传感器对负载进行实时测量，并将所测量的重量信号实时传递给PLC控制器，经过PLC控制器分析处理，给出不同负载所对应的速度并转化为对应的控制信号输入到变频器，变频器再根据PLC控制器的输入信号及内部设定好的参数，输出对应的频率，控制电机以对应的转速运转，电机经过减速装置将动力传递给卷筒，最终实现牵引钢丝绳以对应的速度牵引负载，完成塔吊的起降工作循环。

采用本实施例的控制方式后，无论塔吊操作者采用哪个档位控制，机构均能以不高于该档位所设定的最高速度运行，避免了原控制方案中当负载大于该档位负载时，机构只能以较低一档的速度运行，从而大大提高了工作效率。

对于动臂变幅机构运行效率可提高55％～65％，即原来用6分钟才能完成的一个起吊循环，采用此技术后约3.7分钟即可完成，从而大大提高了工作效率，提升塔机整体性能。

对于起升机构，当吊重为额定吊重75％～100％之间时，机构运行效率最多可提高25％左右，即整个运行周期，运行时间最少仅为原来的75％。当吊重为额定吊重50％～75％之间时，机构运行效率最多可提高17％左右，即整个运行周期，运行时间最少仅为原来的83％。

在另外一个实施例中，所述变频器3包括三相交流电输入部分5、整流器6、驱动电路7、逆变电路8和直流接触器9，所述直流接触器9分为三条支路，第一条支路连接整流器6，第二条支路连接逆变电路8，第三条支路与驱动电路7的两个负载端连接。

所述变频器3还包括电感，所述电感与直流接触器9并联连接。

当然，直流接触器可根据变频器的使用功率的不同进行增加，如变频器的使用功率为90KW，可设置一个直流接触器；如变频器的使用功率超过90KW，则可相应的增加直流接触器，设置两个或两个以上的直流接触器，从而保证变频器的使用性能及工作稳定性。

所述三相交流电输入部分具有三个接线端(R、S、T)，它们接至频率固定的三相交流电源，所述逆变电路中包括三相交流电的输出端部分，通过输出端(U、V、W)输出的频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电机。

本实用新型采用的直流接触器为市场上现有的产品，在这里就不做赘述。

对于传统大功率变频器来说，因交流接触器需要交流220V/330V电压驱动线圈，故对驱动电压有比较高的要求，如果电网供电质量差，会导致交流接触器线圈烧毁。而改用直流接触器的变频器，不再采用交流接触器，且驱动信号从独立的开关电源供给，所以对电网供电质量不敏感。同时，使用交流接触器的大功率变频器，对环境要求比较大，不能在湿度高、灰尘大、有腐蚀性气体的环境中使用；而改用直流接触器的变频器，可以完全适用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。