《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》是徐州徐工施維英機械有限公司於2014年8月5日申請的發明專利，該專利申請號為2014103823104，公布號為CN104150386A，公布日為2014年11月19日，發明人是章躍、劉學峰、周小三、高貴濤、施慶永、馬近晗。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》所述的變徑式輥筒包括依次設定的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒；所述第一輥筒的直徑和所述第三輥筒的直徑均小於所述第二輥筒的直徑。該發明將輥筒設定為小-大-小的變直徑輥筒的結構形式，能夠使纏繞其上的鋼絲繩的線速度由低-高-低進行改變，相對節能環保，延長整個系統的使用壽命，減弱了料斗車對行走軌道、鋼絲繩和電機的衝擊，降低了噪聲；與此同時也降低了電機瞬間啟動時的電流，保護了電機，延長了電機的使用壽命，增加了系統的安全性能。
2021年6月24日，《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法
- 申請人：徐州徐工施維英機械有限公司
- 發明人：章躍、劉學峰、周小三、高貴濤、施慶永、馬近晗
- 申請號：2014103823104
- 申請日：2014年8月5日
- 公布號：CN104150386A
- 公布日：2014年11月19日
- 地址：江蘇省徐州市經濟技術開發區桃山路29號
- 代理機構：中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
- 代理人：宋少娜
- Int. Cl.：B66D1/12、B66D1/28
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,術語釋義,實施案例,專利榮譽,
專利背景
2014年8月前，市場上使用的提斗站的卷揚提升機構多為等直徑輥筒匹配S1工作制電機形式的減速機，等直徑輥筒的線速度V在很短的時間內即達到最大值，所以在此過程中等直徑輥筒的加速度a趨向於無窮大，根據公式F=ma（m質量、a加速度），當瞬間啟動時鋼絲繩的拉力F的值趨向於無窮大，又依據公式M=FL（M力矩、F拉力、L力臂），因力臂L為固定值，由此力矩M在瞬間啟動時其值也趨向於無窮大。在V與M值增大的瞬間：減速機和鋼絲繩瞬間需承受高於正常工作狀態幾倍的力矩和拉力值，降低了二者的使用壽命，並且料斗車對軌道及減速機的瞬間衝擊還會產生較大噪音，影響周圍的工作環境等。
為了克服常規提斗型攪拌站卷揚提升機構因啟動瞬間速度、力矩增值過大導致的以下問題：電機瞬間電流過高容易出現抱閘停機、能耗浪費；料斗車對減速機、鋼絲繩和軌道形成的瞬間衝擊會降低整個系統的壽命，存在安全隱患，且噪聲將影響周圍的工作環境等，需設計一種能夠節能環保、安全可靠性更高、可延長整個系統的使用壽命的節能型卷揚提升裝置。
發明內容
專利目的
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》的目的是提出一種變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法，其能夠相對節能環保，延長整個系統的使用壽命。
技術方案
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供了一種變徑式輥筒，其包括依次設定的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒；所述第一輥筒的直徑和所述第三輥筒的直徑均小於所述第二輥筒的直徑。
在一優選或可選實施例中，所述第一輥筒的中軸線與所述第二輥筒的中軸線不重合，所述第二輥筒的中軸線與所述第三輥筒的中軸線重合。
在一優選或可選實施例中，所述變徑式輥筒還包括驅動軸，所述驅動軸依次穿過所述第一輥筒的輪邊、所述第二輥筒和所述第三輥筒，且所述驅動軸的中軸線與所述第二輥筒的中軸線和所述第三輥筒的中軸線重合。
在一優選或可選實施例中，所述變徑式輥筒瞬間啟動時，所述第一輥筒上的纏繞繩的受力方向與所述第一輥筒的圓周切線方向重合，且所述切線的切點與所述驅動軸穿過所述第一輥筒的輪邊的穿設點重合。
為實現上述目的，該發明還提供了一種節能卷揚機構，其包括電機，還包括上述任一實施例中的變徑式輥筒，所述電機的輸出軸與所述變徑式輥筒的驅動軸連線。
為實現上述目的，該發明還提供了一種提斗型攪拌站，其包括行走軌道和料斗車，還包括上述的節能卷揚機構。
在一優選或可選實施例中，所述行走軌道上設定有三個工位，分別為接料位置、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設定有接近開關或行程開關，所述接近開關或行程開關電連線一控制器，所述控制器電連線所述節能卷揚機構中的電機，所述控制器通過所述電機控制所述料斗車在所述接料位置、待卸料位置和卸料位置的停止和啟動。
在一優選或可選實施例中，所述電機為採用S3斷續周期工作制的減速電機。
在一優選或可選實施例中，所述節能卷揚機構中，變徑式輥筒的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒的直徑和相對應的繩槽圈數，均根據在所述減速電機的工作周期內，所述料斗車在所述行走軌道內的行程及所述三個工位確定。
為實現上述目的，《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》還提供了一種基於上述實施例中的提斗型攪拌站的控制方法，其控制過程為：料斗車在接料位置瞬間起動時，變徑式輥筒的第一輥筒收卷鋼絲繩；所述料斗車從所述接料位置向待卸料位置運行的過程中，所述變徑式輥筒的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒依次收卷鋼絲繩；所述料斗車處於所述待卸料位置、從所述待卸料位置向卸料位置運行、以及處於所述卸料位置時，所述第三輥筒收卷鋼絲繩。
改善效果
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》將輥筒設定為小-大-小的變直徑輥筒的結構形式，能夠使纏繞其上的鋼絲繩的線速度由低-高-低進行改變，相對節能環保，延長整個系統的使用壽命。在一優選或可選實施例，能夠減弱鋼絲繩所牽引的料斗車對行走軌道、鋼絲繩和電機的衝擊，增加了系統的安全性能，降低了電機瞬間啟動時的電流，延長了電機的使用壽命。
附圖說明
圖1為《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的變徑式輥筒的一示意性實施例的剖視結構示意圖；
圖2為該發明提供的變徑式輥筒受力及力臂分析示意圖；
圖3為該發明提供的節能卷揚機構的結構示意圖；
圖4為該發明提供的變徑式輥筒在節能卷揚機構上的局部安裝狀態示意圖；
圖5為該發明提供的提斗型攪拌站的結構示意圖。
附圖中：A-變徑式輥筒；1-第一輥筒；2-第二輥筒；3-第三輥筒；4-電機；5-行走軌道；6-料斗車；7-接料位置；8-待卸料位置；9-卸料位置；10-穿設點；11-基座。
技術領域
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》涉及工程機械領域，尤其涉及一種變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法。
權利要求
1.一種變徑式輥筒，其特徵在於：包括依次設定的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒；所述第一輥筒的直徑和所述第三輥筒的直徑均小於所述第二輥筒的直徑；所述第一輥筒的中軸線與所述第二輥筒的中軸線不重合，所述第二輥筒的中軸線與所述第三輥筒的中軸線重合；所述變徑式輥筒還包括驅動軸，所述驅動軸依次穿過所述第一輥筒的輪邊、所述第二輥筒和所述第三輥筒，且所述驅動軸的中軸線與所述第二輥筒的中軸線和所述第三輥筒的中軸線重合；所述變徑式輥筒瞬間啟動時，所述第一輥筒上的纏繞繩的受力方向與所述第一輥筒的圓周切線方向重合，且所述切線的切點與所述驅動軸穿過所述第一輥筒的輪邊的穿設點重合。
2.一種節能卷揚機構，包括電機，其特徵在於：還包括權利要求1所述的變徑式輥筒，所述電機的輸出軸與所述變徑式輥筒的驅動軸連線。
3.一種提斗型攪拌站，包括行走軌道和料斗車，其特徵在於：還包括權利要求2所述的節能卷揚機構。
4.如權利要求3所述的提斗型攪拌站，其特徵在於：所述行走軌道上設定有三個工位，分別為接料位置、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設定有接近開關或行程開關，所述接近開關或行程開關電連線一控制器，所述控制器電連線所述節能卷揚機構中的電機，所述控制器通過所述電機控制所述料斗車在所述接料位置、待卸料位置和卸料位置的停止和啟動。
5.如權利要求4所述的提斗型攪拌站，其特徵在於：所述電機為採用S3斷續周期工作制的減速電機。
6.如權利要求5所述的提斗型攪拌站，其特徵在於：所述節能卷揚機構中，變徑式輥筒的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒的直徑和相對應的繩槽圈數均根據在所述減速電機的工作周期內所述料斗車在所述行走軌道內的行程及所述三個工位確定。
7.一種如權利要求4-6任一項所述的提斗型攪拌站的控制方法，其特徵在於：料斗車在接料位置瞬間起動時，變徑式輥筒的第一輥筒收卷鋼絲繩；所述料斗車從所述接料位置向待卸料位置運行的過程中，所述變徑式輥筒的第一輥筒、第二輥筒和第三輥筒依次收卷鋼絲繩；所述料斗車處於所述待卸料位置、從所述待卸料位置向卸料位置運行、以及處於所述卸料位置時，所述第三輥筒收卷鋼絲繩。
實施方式
術語釋義
電機工作制：電機的工作制表明電機在不同負載下的允許循環時間。電機的工作制的分類是對電機承受負載情況的說明，它包括啟動、電制動、空載、斷能停轉以及這些階段的持續時間和先後順序。
電動機工作制分為：S1～S10，共10類；其中：
S1連續式工作制：恆定載荷下運行，電機達到熱穩定狀態。
S3斷續周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段恆定負載運行時間和一段斷能停轉時間。這種工作制中的每一周期的起動電流不致對溫升產生顯著影響。
實施案例
如圖1所示，為《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的變徑式輥筒的一示意性實施例的剖視結構示意圖，在該示意性實施例中，變徑式輥筒A包括依次設定的第一輥筒1、第二輥筒2和第三輥筒3；第一輥筒1的直徑和第三輥筒3的直徑均小於第二輥筒2的直徑。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》打破常規等直徑輥筒的結構形式，將輥筒設定為小-大-小的變徑式輥筒A的結構形式，依據公式F=ma、P=FV和M=FL，變徑式輥筒A相對應的線速度V和力臂L經歷了由小-大-小的改變過程，進一步的，鋼絲繩所牽引的料斗車的行駛速度由低-高-低進行改變；不僅相對節能環保，而且減弱了料斗車對行走軌道、鋼絲繩和電機的衝擊，降低了噪聲；與此同時也降低了電機瞬間啟動時的電流，保護了電機，延長了電機的使用壽命，增加了系統的安全性能。
其中，F為鋼絲繩的拉力，m為料斗車的質量，a為變徑式輥筒相對應的加速度，P為電機功率，V為變徑式輥筒相對應的線速度，M為變徑式輥筒相對應的力矩、L為變徑式輥筒相對應的力臂。
在該發明提供的變徑式輥筒A的示意性實施例中，第一輥筒1的中軸線與第二輥筒2的中軸線不重合，第二輥筒2的中軸線與第三輥筒3的中軸線重合。第一輥筒1與第二輥筒2之間為偏心結構設定，可降低瞬間啟動時的加速度和扭矩。
在該發明提供的變徑式輥筒A的示意性實施例中，變徑式輥筒A還包括驅動軸，驅動軸依次穿過第一輥筒1的輪邊、第二輥筒2和第三輥筒3，且驅動軸的中軸線與第二輥筒2的中軸線和第三輥筒3的中軸線重合。第一輥筒1為偏心輪機構，可進一步降低瞬間啟動時的加速度和扭矩。
如圖2所示，在該發明提供的變徑式輥筒A的示意性實施例中，變徑式輥筒A帶料斗車6瞬間啟動時，第一輥筒1上的鋼絲繩的拉力F方向與第一輥筒1的圓周切線方向重合，且該切線的切點與驅動軸穿過第一輥筒1的穿設點10重合。
變徑式輥筒A為鋼絲繩纏繞機構，直徑形式分為小-大-小的結構，鋼絲繩起始點處的第一輥筒1與中部的第二輥筒2之間採用偏心機構，第二輥筒2與第三輥筒3同軸，第一輥筒1瞬間啟動時鋼絲繩受力方向與該位置的圓周切線方向重合，且該切線的切點理論上處於驅動軸的穿設中心，此時力臂L和線速度V值都趨向於零，依據公式M=FL和P=FV，此處的力矩M和功率P也趨向於無窮小，即瞬間啟動時變徑式輥筒A相對應的力臂L的值降到最低點，不僅更加節能環保，而且進一步減弱了料斗車6對行走軌道5、鋼絲繩和電機4的衝擊，降低了噪聲；與此同時也進一步降低了電機4瞬間啟動時的電流，保護了電機4，延長了電機4的使用壽命、增加了系統的安全性能。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的變徑式輥筒A可以套用在卷揚機構上。
如圖3、圖4所示，在該發明提供的節能卷揚機構的示意性實施例中，節能卷揚機構包括電機4，還包括上述任一實施例中的變徑式輥筒A，電機4的輸出軸與變徑式輥筒A的驅動軸連線。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的節能卷揚機構相應的具備該發明提供的變徑式輥筒A的有益效果。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的節能卷揚機構可以套用在提斗型攪拌站中。
如圖5所示，在該發明提供的提斗型攪拌站的示意性實施例中，提斗型攪拌站包括行走軌道5和料斗車6，還包括上述任一實施例中的節能卷揚機構。節能卷揚機構中的變徑式輥筒A可以設定在用於料斗車6行走的行走軌道5的最頂端的基座11（如圖3所示）上。
在該發明提供的提斗型攪拌站的示意性實施例中，行走軌道5上設定有三個工位，分別為接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9。料斗車6在接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9均處於靜止狀態。其中，接料位置7，料斗車6處於行走軌道5的最底部；待卸料位置8，即料斗車6從接料位置7沿著行走軌道5爬升至卸料位置9的下方，等待著將斗體內的骨料投入攪拌機（但沒有投料）；卸料位置9即料斗車6沿著行走軌道5從待卸料位置8爬升至斗體內的骨料開始投入攪拌機的位置。
在該發明提供的提斗型攪拌站的示意性實施例中，為了確保上述三個工位位置的準確實現，接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9均設定有接近開關或行程開關，接近開關或行程開關電連線一控制器，控制器電連線節能卷揚機構中的電機4，當料斗車6行駛至每個工位點時，接近開關或行程開關會自動檢測到並將信號反饋至控制器，控制器傳送信號給電機4，通過電機4控制料斗車6在接料位置7、待卸料位置8和卸料位置9的停止和啟動。
由於該發明提供的提斗型攪拌站的工作方式為間歇式的工作特點，即電機的運轉為轉-停-轉周期性工作，因此，電機4可選擇與該工作特點相匹配的S3斷續周期工作制的減速電機，S3斷續周期工作制的電機的重量和體積比同等功率的S1連續工作制的電機的重量和體積要小得多，因而，造價也相對較低，由此可降低設計成本同時又能保證與連續工作制的電機同樣的性能。
節能卷揚機構中，變徑式輥筒A的第一輥筒1、第二輥筒2和第三輥筒3的直徑和相對應的繩槽圈數，均根據在採用S3斷續周期工作制的減速電機的工作周期內，料斗車6在行走軌道5內的行程及三個工位確定。
例如：2200瓦-S320％的斷續周期工作制電機，其暫載率20％，即表示這個電機在一小時（不限於此）的工作周期內允許20％的時間（即12分鐘）輸出2200瓦的額定功率，其他時間段要么降低功率運行，要么停機。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的提斗型攪拌站中，由於需要確保S3斷續周期工作制的減速電機在額定功率運行時，主要是第二輥筒2收卷鋼絲繩，在降低功率運行時，主要是第一輥筒1和第三輥筒3收卷鋼絲繩，因此，可以根據上述S3斷續周期工作制減速電機的工作周期特點（時間段）計算料斗車6在軌道內的行程以及三個工位的位置，確定變徑式輥筒A的第一輥筒1、第二輥筒2和第三輥筒3的直徑和相對應的繩槽圈數。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的上述提斗型攪拌站的控制方法，其控制過程如下：料斗車6在接料位置7瞬間起動時，變徑式輥筒A的第一輥筒1收卷鋼絲繩；第一輥筒1的作用是在料斗車6在接料位置7瞬間啟動時最大程度的減少電機的扭矩及功率值（減小電流，保護電機）；料斗車6從接料位置7向待卸料位置8運行的過程中，變徑式輥筒A的第一輥筒1、第二輥筒2和第三輥筒3依次收卷鋼絲繩；第二輥筒2的作用是在保證第一輥筒1完成其使命後通過增大速度V來降低料斗車6在整個行走軌道5中行駛的時間以此增加整個系統的效率；料斗車6處於待卸料位置8、從待卸料位置8向卸料位置9運行、以及處於卸料位置9時，第三輥筒3收卷鋼絲繩；第三輥筒3的作用是剎車，以及在瞬間再次啟動時降低減速電機的扭矩和功率值，即料斗車6由接料位置7到待卸料位置8停止需要減速剎車，同時由待卸料位置8到卸料位置9瞬間再次啟動時，也具有在接料位置7瞬間啟動時與第一輥筒1一樣的功效。
《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》提供的提斗型攪拌站相應的具備該發明提供的節能卷揚機構和變徑式輥筒的有益效果。該發明充分利用提斗型攪拌站提升卷揚機構的特點，採用變徑式輥筒與S3斷續周期工作制的電機匹配組合，可有效降低系統的能量損耗、降低整個系統的成本，增強系統的安全可靠性，提高系統運轉效率和使用壽命，具有更加節能環保等優勢。
專利榮譽
2021年6月24日，《變徑式輥筒、節能卷揚機構、提斗型攪拌站及控制方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
