变径式辊筒、节能卷扬机构、提斗型搅拌站及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种变径式辊筒、节能卷扬机构、提斗型搅拌站及控制方法，其中，变径式辊筒包括依次设置的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒；所述第一辊筒的直径和所述第三辊筒的直径均小于所述第二辊筒的直径。本发明将辊筒设置为小-大-小的变直径辊筒的结构形式，能够使缠绕其上的钢丝绳的线速度由低-高-低进行改变，相对节能环保，延长整个系统的使用寿命，大大减弱了料斗车对行走轨道、钢丝绳和电机的冲击，降低了噪声；与此同时也降低了电机瞬间启动时的电流，保护了电机，延长了电机的使用寿命，增加了系统的安全性能。
【专利说明】变径式辊筒、节能卷扬机构、提斗型搅拌站及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种变径式辊筒、节能卷扬机构、提斗型搅拌站及控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，市场上使用的提斗站的卷扬提升机构多为等直径辊筒匹配SI工作制电机形式的减速机，等直径辊筒的线速度V在很短的时间内即达到最大值，所以在此过程中等直径棍筒的加速度a趋向于无穷大,根据公式F = ma(m质量、a加速度)，当瞬间启动时钢丝绳的拉力F的值趋向于无穷大，又依据公式M = FL(M力矩、F拉力、L力臂)，因力臂L为固定值，由此力矩M在瞬间启动时其值也趋向于无穷大。在V与M值增大的瞬间:减速机和钢丝绳瞬间需承受高于正常工作状态几倍的力矩和拉力值，大大降低了二者的使用寿命，并且料斗车对轨道及减速机的瞬间冲击还会产生较大噪音，影响周围的工作环境等。
[0003]为了克服常规提斗型搅拌站卷扬提升机构因启动瞬间速度、力矩增值过大导致的以下问题:电机瞬间电流过高容易出现抱闸停机、能耗浪费；料斗车对减速机、钢丝绳和轨道形成的瞬间冲击会降低整个系统的寿命，存在安全隐患，且噪声将影响周围的工作环境等，亟需设计一种能够节能环保、安全可靠性更高、可延长整个系统的使用寿命的节能型卷扬提升装置。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提出一种变径式辊筒、节能卷扬机构、提斗型搅拌站及控制方法，其能够相对节能环保，延长整个系统的使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种变径式辊筒，其包括依次设置的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒；所述第一辊筒的直径和所述第三辊筒的直径均小于所述第二辊筒的直径。
[0006]在一优选或可选实施例中，所述第一辊筒的中轴线与所述第二辊筒的中轴线不重合，所述第二辊筒的中轴线与所述第三辊筒的中轴线重合。
[0007]在一优选或可选实施例中，所述变径式辊筒还包括驱动轴，所述驱动轴依次穿过所述第一辊筒的轮边、所述第二辊筒和所述第三辊筒，且所述驱动轴的中轴线与所述第二辊筒的中轴线和所述第三辊筒的中轴线重合。
[0008]在一优选或可选实施例中，所述变径式辊筒瞬间启动时，所述第一辊筒上的缠绕绳的受力方向与所述第一辊筒的圆周切线方向重合，且所述切线的切点与所述驱动轴穿过所述第一辊筒的轮边的穿设点重合。
[0009]为实现上述目的，本发明还提供了一种节能卷扬机构，其包括电机，还包括上述任一实施例中的变径式辊筒，所述电机的输出轴与所述变径式辊筒的驱动轴连接。
[0010]为实现上述目的，本发明还提供了一种提斗型搅拌站，其包括行走轨道和料斗车，还包括上述的节能卷扬机构。
[0011]在一优选或可选实施例中，所述行走轨道上设置有三个工位，分别为接料位置、待卸料位置和卸料位置，所述接料位置、待卸料位置和卸料位置均设置有接近开关或行程开关，所述接近开关或行程开关电连接一控制器，所述控制器电连接所述节能卷扬机构中的电机，所述控制器通过所述电机控制所述料斗车在所述接料位置、待卸料位置和卸料位置的停止和启动。
[0012]在一优选或可选实施例中，所述电机为采用S3断续周期工作制的减速电机。
[0013]在一优选或可选实施例中，所述节能卷扬机构中，变径式辊筒的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒的直径和相对应的绳槽圈数，均根据在所述减速电机的工作周期内，所述料斗车在所述行走轨道内的行程及所述三个工位确定。
[0014]为实现上述目的，本发明还提供了一种基于上述实施例中的提斗型搅拌站的控制方法，其控制过程为:料斗车在接料位置瞬间起动时，变径式辊筒的第一辊筒收卷钢丝绳；所述料斗车从所述接料位置向待卸料位置运行的过程中，所述变径式辊筒的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒依次收卷钢丝绳；所述料斗车处于所述待卸料位置、从所述待卸料位置向卸料位置运行、以及处于所述卸料位置时，所述第三辊筒收卷钢丝绳。
[0015]基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果:
[0016]本发明将辊筒设置为小-大-小的变直径辊筒的结构形式，能够使缠绕其上的钢丝绳的线速度由低-高-低进行改变，相对节能环保，延长整个系统的使用寿命。
[0017]在一优选或可选实施例，能够减弱钢丝绳所牵引的料斗车对行走轨道、钢丝绳和电机的冲击，增加了系统的安全性能，降低了电机瞬间启动时的电流，延长了电机的使用寿命O
【专利附图】
【附图说明】
[0018]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1为本发明提供的变径式辊筒的一示意性实施例的剖视结构示意图；
[0020]图2为本发明提供的变径式辊筒受力及力臂分析示意图；
[0021]图3为本发明提供的节能卷扬机构的结构示意图；
[0022]图4为本发明提供的变径式辊筒在节能卷扬机构上的局部安装状态示意图；
[0023]图5为本发明提供的提斗型搅拌站的结构示意图。
[0024]附图中:
[0025]A-变径式辊筒；1_第一辊筒；2_第二辊筒；3_第三辊筒；4-电机；5_行走轨道；6-料斗车；7_接料位置；8_待卸料位置；9_卸料位置；10_穿设点；11-基座。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0028]首先对本发明中用到的技术术语进行解释。
[0029]电机工作制:电机的工作制表明电机在不同负载下的允许循环时间。电机的工作制的分类是对电机承受负载情况的说明，它包括启动、电制动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。电动机工作制分为:S1?S10，共10类；其中:
[0030]SI连续式工作制:恒定载荷下运行，电机达到热稳定状态。
[0031]S3断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。这种工作制中的每一周期的起动电流不致对温升产生显著影响。
[0032]如图1所示，为本发明提供的变径式辊筒的一示意性实施例的剖视结构示意图，在该示意性实施例中，变径式辊筒A包括依次设置的第一辊筒1、第二辊筒2和第三辊筒3 ;第一辊筒I的直径和第三辊筒3的直径均小于第二辊筒2的直径。
[0033]本发明打破常规等直径辊筒的结构形式，将辊筒设置为小-大-小的变径式辊筒A的结构形式，依据公式F = ma、P = FV和M = FL,变径式辊筒A相对应的线速度V和力臂L经历了由小-大-小的改变过程，进一步的，钢丝绳所牵引的料斗车的行驶速度由低-高-低进行改变；不仅相对节能环保，而且大大减弱了料斗车对行走轨道、钢丝绳和电机的冲击，降低了噪声；与此同时也降低了电机瞬间启动时的电流，保护了电机，延长了电机的使用寿命，增加了系统的安全性能。
[0034]其中，F为钢丝绳的拉力，m为料斗车的质量，a为变径式辊筒相对应的加速度，P为电机功率，V为变径式辊筒相对应的线速度，M为变径式辊筒相对应的力矩、L为变径式辊筒相对应的力臂。
[0035]在本发明提供的变径式辊筒A的示意性实施例中，第一辊筒I的中轴线与第二辊筒2的中轴线不重合，第二辊筒2的中轴线与第三辊筒3的中轴线重合。第一辊筒I与第二辊筒2之间为偏心结构设置，可降低瞬间启动时的加速度和扭矩。
[0036]在本发明提供的变径式辊筒A的示意性实施例中，变径式辊筒A还包括驱动轴，驱动轴依次穿过第一辊筒I的轮边、第二辊筒2和第三辊筒3，且驱动轴的中轴线与第二辊筒2的中轴线和第三辊筒3的中轴线重合。第一辊筒I为偏心轮机构，可进一步降低瞬间启动时的加速度和扭矩。
[0037]如图2所示，在本发明提供的变径式辊筒A的示意性实施例中，变径式辊筒A带料斗车6瞬间启动时，第一辊筒I上的钢丝绳的拉力F方向与第一辊筒I的圆周切线方向重合，且该切线的切点与驱动轴穿过第一辊筒I的穿设点10重合。
[0038]变径式辊筒A为钢丝绳缠绕机构，直径形式分为小-大-小的结构，钢丝绳起始点处的第一辊筒I与中部的第二辊筒2之间采用偏心机构，第二辊筒2与第三辊筒3同轴，第一辊筒I瞬间启动时钢丝绳受力方向与该位置的圆周切线方向重合，且该切线的切点理论上处于驱动轴的穿设中心，此时力臂L和线速度V值都趋向于零，依据公式M = FL和P =FV，此处的力矩M和功率P也趋向于无穷小，即瞬间启动时变径式辊筒A相对应的力臂L的值降到最低点，不仅更加节能环保，而且进一步大大减弱了料斗车6对行走轨道5、钢丝绳和电机4的冲击，降低了噪声；与此同时也进一步降低了电机4瞬间启动时的电流，保护了电机4,延长了电机4的使用寿命、增加了系统的安全性能。
[0039]本发明提供的变径式辊筒A可以应用在卷扬机构上。
[0040]如图3、图4所示,在本发明提供的节能卷扬机构的示意性实施例中，节能卷扬机构包括电机4，还包括上述任一实施例中的变径式辊筒A，电机4的输出轴与变径式辊筒A的驱动轴连接。
[0041]本发明提供的节能卷扬机构相应的具备本发明提供的变径式辊筒A的有益效果。
[0042]本发明提供的节能卷扬机构可以应用在提斗型搅拌站中。
[0043]如图5所示，在本发明提供的提斗型搅拌站的示意性实施例中，提斗型搅拌站包括行走轨道5和料斗车6,还包括上述任一实施例中的节能卷扬机构。节能卷扬机构中的变径式辊筒A可以设置在用于料斗车6行走的行走轨道5的最顶端的基座11 (如图3所示)上。
[0044]在本发明提供的提斗型搅拌站的示意性实施例中，行走轨道5上设置有三个工位，分别为接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9。料斗车6在接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9均处于静止状态。其中，接料位置7，料斗车6处于行走轨道5的最底部；待卸料位置8，即料斗车6从接料位置7沿着行走轨道5爬升至卸料位置9的下方，等待着将斗体内的骨料投入搅拌机(但没有投料)；卸料位置9即料斗车6沿着行走轨道5从待卸料位置8爬升至斗体内的骨料开始投入搅拌机的位置。
[0045]在本发明提供的提斗型搅拌站的示意性实施例中，为了确保上述三个工位位置的准确实现，接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9均设置有接近开关或行程开关，接近开关或行程开关电连接一控制器，控制器电连接节能卷扬机构中的电机4，当料斗车6行驶至每个工位点时，接近开关或行程开关会自动检测到并将信号反馈至控制器，控制器发送信号给电机4，通过电机4控制料斗车6在接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9的停止和启动。
[0046]由于本发明提供的提斗型搅拌站的工作方式为间歇式的工作特点，即电机的运转为转-停-转周期性工作，因此，电机4可选择与该工作特点相匹配的S3断续周期工作制的减速电机，S3断续周期工作制的电机的重量和体积比同等功率的SI连续工作制的电机的重量和体积要小得多，因而，造价也相对较低，由此可大大降低设计成本同时又能保证与连续工作制的电机同样的性能。
[0047]节能卷扬机构中，变径式辊筒A的第一辊筒1、第二辊筒2和第三辊筒3的直径和相对应的绳槽圈数，均根据在采用S3断续周期工作制的减速电机的工作周期内，料斗车6在行走轨道5内的行程及三个工位确定。
[0048]例如:2200w-S320%的断续周期工作制电机，其暂载率20%，即表示这个电机在一小时(不限于此)的工作周期内允许20%的时间(即12分钟)输出2200?的额定功率，其他时间段要么降低功率运行，要么停机。
[0049]本发明提供的提斗型搅拌站中，由于需要确保S3断续周期工作制的减速电机在额定功率运行时，主要是第二辊筒2收卷钢丝绳，在降低功率运行时，主要是第一辊筒I和第三辊筒3收卷钢丝绳，因此，可以根据上述S3断续周期工作制减速电机的工作周期特点(时间段)计算料斗车6在轨道内的行程以及三个工位的位置，确定变径式辊筒A的第一辊筒1、第二辊筒2和第三辊筒3的直径和相对应的绳槽圈数。
[0050]本发明提供的上述提斗型搅拌站的控制方法，其控制过程如下:
[0051]料斗车6在接料位置7瞬间起动时，变径式辊筒A的第一辊筒I收卷钢丝绳；第一辊筒I的作用是在料斗车6在接料位置7瞬间启动时最大程度的减少电机的扭矩及功率值(减小电流，保护电机)；
[0052]料斗车6从接料位置7向待卸料位置8运行的过程中，变径式辊筒A的第一辊筒
1、第二辊筒2和第三辊筒3依次收卷钢丝绳；第二辊筒2的作用是在保证第一辊筒I完成其使命后通过增大速度V来降低料斗车6在整个行走轨道5中行驶的时间以此增加整个系统的效率；
[0053]料斗车6处于待卸料位置8、从待卸料位置8向卸料位置9运行、以及处于卸料位置9时，第三辊筒3收卷钢丝绳；第三辊筒3的作用是刹车，以及在瞬间再次启动时降低减速电机的扭矩和功率值，即料斗车6由接料位置7到待卸料位置8停止需要减速刹车，同时由待卸料位置8到卸料位置9瞬间再次启动时，也具有在接料位置7瞬间启动时与第一辊筒I 一样的功效。
[0054]本发明提供的提斗型搅拌站相应的具备本发明提供的节能卷扬机构和变径式辊筒的有益效果。本发明充分利用提斗型搅拌站提升卷扬机构的特点，采用变径式辊筒与S3断续周期工作制的电机匹配组合，可有效降低系统的能量损耗、降低整个系统的成本，增强系统的安全可靠性，提高系统运转效率和使用寿命，具有更加节能环保等优势。
[0055]在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0056]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种变径式辊筒，其特征在于:包括依次设置的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒；所述第一辊筒的直径和所述第三辊筒的直径均小于所述第二辊筒的直径。
2.如权利要求1所述的变径式辊筒，其特征在于:所述第一辊筒的中轴线与所述第二辊筒的中轴线不重合，所述第二辊筒的中轴线与所述第三辊筒的中轴线重合。
3.如权利要求2所述的变径式辊筒，其特征在于:所述变径式辊筒还包括驱动轴，所述驱动轴依次穿过所述第一辊筒的轮边、所述第二辊筒和所述第三辊筒，且所述驱动轴的中轴线与所述第二辊筒的中轴线和所述第三辊筒的中轴线重合。
4.如权利要求3所述的变径式辊筒，其特征在于:所述变径式辊筒瞬间启动时，所述第一辊筒上的缠绕绳的受力方向与所述第一辊筒的圆周切线方向重合，且所述切线的切点与所述驱动轴穿过所述第一辊筒的轮边的穿设点重合。
5.一种节能卷扬机构，包括电机，其特征在于:还包括权利要求1-4任一项所述的变径式辊筒，所述电机的输出轴与所述变径式辊筒的驱动轴连接。
6.一种提斗型搅拌站，包括行走轨道和料斗车，其特征在于:还包括权利要求5所述的节能卷扬机构。
7.如权利要求6所述的提斗型搅拌站，其特征在于:所述行走轨道上设置有三个工位，分别为接料位置、待卸料位置和卸料位置，所述接料位置、待卸料位置和卸料位置均设置有接近开关或行程开关，所述接近开关或行程开关电连接一控制器，所述控制器电连接所述节能卷扬机构中的电机，所述控制器通过所述电机控制所述料斗车在所述接料位置、待卸料位置和卸料位置的停止和启动。
8.如权利要求7所述的提斗型搅拌站，其特征在于:所述电机为采用S3断续周期工作制的减速电机。
9.如权利要求8所述的提斗型搅拌站，其特征在于:所述节能卷扬机构中，变径式辊筒的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒的直径和相对应的绳槽圈数，均根据在所述减速电机的工作周期内，所述料斗车在所述行走轨道内的行程及所述三个工位确定。
10.一种如权利要求7-9任一项所述的提斗型搅拌站的控制方法，其特征在于:料斗车在接料位置瞬间起动时，变径式辊筒的第一辊筒收卷钢丝绳；所述料斗车从所述接料位置向待卸料位置运行的过程中，所述变径式辊筒的第一辊筒、第二辊筒和第三辊筒依次收卷钢丝绳；所述料斗车处于所述待卸料位置、从所述待卸料位置向卸料位置运行、以及处于所述卸料位置时，所述第三辊筒收卷钢丝绳。
【文档编号】B66D1/12GK104150386SQ201410382310
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】章跃, 刘学峰, 周小三, 高贵涛, 施庆永, 马近晗 申请人:徐州徐工施维英机械有限公司