《起重機複合運動控制方法》是交通運輸部水運科學研究所於2013年4月24日申請的發明專利，該專利的申請號為2013101466146，公布號為CN103287975A，授權公布日為2013年9月11日，發明人是李海波、饒京川、宋志國。
《起重機複合運動控制方法》包括：在起重機的門架左右兩側的底部分別設定捲筒，各所述捲筒上均纏繞鋼絲繩，各所述鋼絲繩的一端依次對應繞過所述門架上小車的定滑輪、吊具上的動滑輪，並與所述小車固定連線；通過控制左右兩側所述捲筒的轉動狀態，來控制小車和吊具移動，以使吊具發生二維複合運動。該發明提供的起重機複合運動控制方法，可以使吊具在二維空間內複合運動，該複合運動可以分解為上下運動和左右運動，複合運動的路徑小於上下運動和左右運動的路徑之和，因此，採用複合運動提高了吊具的工作效率。
2016年12月7日，《起重機複合運動控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《起重機複合運動控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：起重機複合運動控制方法
- 公布號：CN103287975A
- 授權日：2013年9月11日
- 申請號：2013101466146
- 申請日：2013年4月24日
- 申請人：交通運輸部水運科學研究所
- 地址：北京市海淀區西土城路8號
- 發明人：李海波、饒京川、宋志國
- Int.Cl.：B66C11/20(2006.01)I；B66C13/22(2006.01)I
- 代理機構：北京市惠誠律師事務所
- 代理人：雷志剛、潘士霖
- 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,榮譽表彰,
專利背景
隨著中國國民經濟的發展及國際貿易的增長，中國貨櫃運輸發展較快。2013年4月前通用的貨櫃起重機一般包括門架，門架上通過平行軌道安裝小車，小車架上面安裝驅動裝置連線吊具，同時在小車架上安裝單獨的驅動裝置來驅動小車的移動。可見，貨櫃起重機通過兩套單獨的驅動裝置來分別驅動小車的移動和吊具的上下運動，此種結構導致貨櫃起重機自重及結構尺寸均較大。為解決貨櫃起重機自重及結構尺寸均較大的問題，而出現了四捲筒起重機，這種形式的起重機通過布置在門架下部兩側的四個捲筒來驅動小車的移動和吊具的上下運動。2013年4月前已有的四捲筒起重機只能進行單獨垂直運動或水平運動，而不能進行複合運動，導致工作效率較低。
發明內容
專利目的
《起重機複合運動控制方法》提供一種起重機複合運動控制方法，用以解決採用四捲筒控制技術實現貨櫃起重機整機輕型化後，吊具不能進行複合運動、工作效率低的問題，使得四捲筒起重機在降低設備投資和維護成本的前提下，具有較高的工作效率。
技術方案
《起重機複合運動控制方法》提供一種起重機複合運動控制方法，包括：在起重機的門架左右兩側的底部分別設定捲筒，各所述捲筒上均纏繞鋼絲繩，各所述鋼絲繩的一端依次對應繞過所述門架上小車的定滑輪、吊具上的動滑輪，並與所述小車固定連線；通過控制左右兩側所述捲筒的轉動狀態，來控制所述小車和所述吊具移動，以使所述吊具發生二維複合運動。
改善效果
《起重機複合運動控制方法》提供的起重機複合運動控制方法，可以使吊具在二維空間內複合運動，該複合運動可以分解為上下運動和左右運動，複合運動的路徑小於上下運動和左右運動的路徑之和，因此，採用複合運動提高了吊具的工作效率。
附圖說明
圖1為實現《起重機複合運動控制方法》實施例提供的起重機複合運動控制方法的起重機原理圖。
附圖示記說明：捲筒-1；變速箱-2；鋼絲繩-3；驅動電機-4；滑輪-5；動滑輪-6；動滑輪-7；吊具-8。
圖1
技術領域
《起重機複合運動控制方法》涉及起重機技術領域，尤其涉及一種起重機複合運動控制方法。
權利要求
1.一種起重機複合運動控制方法，其特徵在於，包括：在起重機的門架左右兩側的底部分別設定捲筒，各所述捲筒上均纏繞鋼絲繩，各所述鋼絲繩的一端依次對應繞過所述門架上小車的動滑輪、吊具上的動滑輪，並與所述小車固定連線；所述門架的兩側均分別設定有兩個所述捲筒，每一所述捲筒上纏繞一根所述鋼絲繩，且四根所述鋼絲繩分置於所述吊具的兩側，位於所述吊具同一側的兩根所述鋼絲繩並排設定；通過控制左右兩側所述捲筒的轉動狀態，來控制所述小車和所述吊具移動，以使所述吊具發生二維複合運動，所述捲筒、所述小車及所述吊具的運動採用如下關係：
其中，vx為所述吊具水平方向的速度；vy為所述吊具豎直方向的速度；v1為左側所述捲筒所牽引的所述鋼絲繩卷取速度；v2為右側所述捲筒所牽引的所述鋼絲繩卷取速度。
2.根據權利要求1所述的起重機複合運動控制方法，其特徵在於，控制左右兩側所述捲筒的轉動狀態包括：通過變頻器控制驅動左右兩側所述捲筒的各驅動電機轉速，來控制相應捲筒的轉動狀態。
3.根據權利要求2所述的起重機複合運動控制方法，其特徵在於，所述通過變頻器控制驅動左右兩側所述捲筒的各驅動電機轉速，來控制相應捲筒的轉動狀態，包括：根據預定的速度值，獲得變頻器分別輸出至兩所述驅動電機的電源頻率，每個所述驅動電機根據輸入的所述電源頻率轉動，來控制對應捲筒的轉動狀態。
4.根據權利要求3所述的起重機複合運動控制方法，其特徵在於，所述通過變頻器控制驅動左右兩側所述捲筒的各驅動電機轉速，包括：通過轉速感測器獲取左右兩側所述捲筒的實時轉速，判斷各捲筒所述實時轉速與所述預定的速度值是否相同，若不同，則修正所述變頻器輸出至對應所述驅動電機的所述電源頻率。
5.根據權利要求4所述的起重機複合運動控制方法，其特徵在於，所述修正所述變頻器輸出至對應所述驅動電機的所述電源頻率，包括：若某一捲筒的實時轉速大於所述預定的速度值，則調高所述變頻器輸出至該捲筒對應的所述驅動電機的所述電源頻率；若某一捲筒的實時轉速小於所述預定的速度值，則調低所述變頻器輸出至該捲筒對應的所述驅動電機的所述電源頻率。
實施方式
《起重機複合運動控制方法》實施例提供一種起重機複合運動控制方法，包括：在起重機的門架左右兩側的底部分別設定捲筒，各捲筒上均纏繞鋼絲繩，各鋼絲繩的一端依次對應繞過門架上小車的定滑輪、吊具上的動滑輪，並與小車固定連線；通過控制左右兩側捲筒的轉動狀態，來控制小車和吊具移動，以使吊具發生二維複合運動。
《起重機複合運動控制方法》提供的起重機複合運動控制方法，可以使吊具在二維空間內複合運動，該複合運動可以分解為上下運動和左右運動，複合運動的路徑小於上下運動和左右運動的路徑之和，因此，採用複合運動提高了吊具的工作效率。
具體地，如圖1所示，以龍門式起重機為例進行說明，包括門架，門架的下方安裝有行走輪裝置，行走輪裝置可以採用輪胎式的，也可以採用軌道式的。在門架的左右兩側均安裝有兩個捲筒1，由於門架兩側結構對稱，這裡僅最左側進行說明。該文所說的左右是指，正對起重機左手邊為左，右手邊為右。左側的兩個捲筒1同軸設定，且與同一變速箱2的輸出軸相連線，變速箱2的輸入軸上連線一個驅動電機4。驅動電機4通過變速箱2同步驅動兩個捲筒1轉動。每個捲筒1上均纏繞一根鋼絲繩3，鋼絲繩3經門架頂部的滑輪5換向後繞在小車上的動滑輪6上，並經動滑輪6換向後再繞在吊具8上的動滑輪7上，根據驅動力及最大載荷的要求可以選擇性的在動滑輪7和定滑輪8間纏繞一圈或多圈，最終鋼絲繩3的一端固定連線在小車上。
在進行吊裝作業時，分別通過控制門架左右兩側捲筒1的轉向及轉速來控制吊具8最終的運動形態。吊具8的最終運動形態包括上下運動、隨小車的平移運動及複合運動（即水平方向運動和豎直方向運動的合運動）。
進一步地，基於上述實施例，捲筒1、小車及吊具8的運動採用如下關係：
其中，vx為吊具8水平方向的速度；vy為吊具8豎直方向的速度；v1為左側捲筒1所牽引的鋼絲繩3卷取速度；v2為右側捲筒1所牽引的鋼絲繩3卷取速度。
在只有吊具8進行上下運動（也即升降運動）時，門架兩側的驅動電機4同步轉動，相應的控制門架兩側的各捲筒1同速的收放鋼絲繩3。同收鋼絲繩3使吊具8上升，同放鋼絲繩3時吊具9下降。即此時，vx=0，v2=v1。
在只有小車左右移動時，門架兩側兩個驅動電機4中的一個控制一側捲筒1收鋼絲繩3，另一個控制另一側的捲筒1同速放鋼絲繩3。此時，vy=0，v2=-v1。
在吊具8進行二維複合運動時，即吊具8既有水平的分運動也有豎直的分運動。
門架兩側捲筒1的轉速可參見下表1，下表1給出了對應吊具8上下運動、小車左右移動、吊具8二維複合運動的數據。下表1給出的數據是《起重機複合運動控制方法》其中一種實現方式，不應理解為對該發明的限制。
複合運動菱形圖 | |||||||
小車左右移動分三檔，對應頻率分別為10赫茲、30赫茲、50赫茲； 吊具升降分三檔，對應頻率分別為15赫茲、30赫茲、50赫茲； v1為左側所述捲筒所牽引的所述鋼絲繩卷取速度； v2為右側所述捲筒所牽引的所述鋼絲繩卷取速度，收繩為正，放繩為負 | |||||||
吊具/小車 | 下降三檔 | 下降二檔 | 下降一檔 | 零 | 上升一檔 | 上升二檔 | 上升三檔 |
左移三檔 | V1=50赫茲 V2=-50赫茲 | ||||||
左移二檔 | V1=15赫茲 V2=-45赫茲 | V1=30赫茲 V2=-30赫茲 | V1=45赫茲 V2=-15赫茲 | ||||
左移一檔 | V1=-20赫茲 V2=-40赫茲 | V1=-5赫茲 V2=-25赫茲 | V1=10赫茲 V2=-10赫茲 | V1=25赫茲 V2=5赫茲 | V1=40赫茲 V2=20赫茲 | ||
零 | V1=-50赫茲 V2=-50赫茲 | V1=-30赫茲 V2=-30赫茲 | V1=15赫茲 V2=-15赫茲 | V1=10赫茲 V2=0赫茲 | V1=15赫茲 V2=15赫茲 | V1=30赫茲 V2=30赫茲 | V1=50赫茲 V2=50赫茲 |
右移一檔 | V1=-40赫茲 V2=-20赫茲 | V1=-25赫茲 V2=-5赫茲 | V1=-10赫茲 V2=10赫茲 | V1=5赫茲 V2=25赫茲 | V1=20赫茲 V2=40赫茲 | ||
右移二檔 | V1=-40赫茲 V2=15赫茲 | V1=30赫茲 V2=30赫茲 | V1=-15赫茲 V2=45赫茲 | ||||
右移二檔 | V1=50赫茲 V2=-50赫茲 | ||||||
進一步地，基於上述實施例，控制左右兩側捲筒1的轉動狀態包括：通過變頻器控制驅動左右兩側捲筒1的各驅動電機4轉速，來控制相應捲筒1的轉動狀態。例如，控制捲筒1轉動的具體數據可參見表1，根據上表1的數據，相應的通過一個變頻器來控制輸入驅動電機4內電源的頻率，進而獲得驅動電機4的不同轉速，來相應的實現表1中的動作。上述方式，左右兩側的捲筒1轉動的驅動方式均採用了交流變頻驅動的方式，由於頻率可連續變化，因此，小車、吊具8在啟動和停止時相對平穩，降低了衝擊。
進一步地，基於上述實施例，通過變頻器控制驅動左右兩側捲筒1的各驅動電機4轉速，來控制相應捲筒1的轉動狀態，包括：根據預定的速度值，獲得變頻器分別輸出至兩驅動電機4的電源頻率，每個驅動電機4根據輸入的電源頻率轉動，來控制對應捲筒的轉動狀態。根據捲筒轉動狀態的不同，可以控制小車移動、吊具8上下運動或吊具8二維複合運動，具體運動的實現方式參見上述描述。預定的速度值可以用上述表1中的各檔位來表示，每個檔位可以表示一具體轉速，其轉速可以用電源頻率來表示；也可以用具體的轉速值來表示。針對同一個捲筒，在轉速確定的情況下，其上纏繞的鋼絲繩的收放特性速度也唯一確定，可以用捲筒1的轉速來表征鋼絲繩3收放的速度。
進一步地，基於上述實施例，通過變頻器控制驅動左右兩側捲筒1的各驅動電機4轉速，包括：通過轉速感測器獲取左右兩側捲筒1的實時轉速，判斷各捲筒1實時轉速與預定的速度值是否相同，若不同，則修正變頻器輸出至對應驅動電機的電源頻率。採用此種方式形成了閉環控制系統，可以對捲筒1的實時轉速進行調整，使運動控制更加精準。
進一步地，基於上述實施例，修正變頻器輸出至對應驅動電機4的電源頻率，包括：若某一捲筒的實時轉速大於預定的速度值，則調高變頻器輸出至該捲筒對應的驅動電機的電源頻率；若某一捲筒的實時轉速小於預定的速度值，則調低變頻器輸出至該捲筒對應的驅動電機的電源頻率。
鋼絲繩3的收放速度與捲筒1的轉速具有對應關係，隨著捲筒1速度的變化，鋼絲繩3的收放速度也相應變化，即捲筒1速度變快，則鋼絲繩3收放速度變快，捲筒1轉速變慢，則鋼絲繩3收放速度亦變慢。
電源頻率與驅動電機4的轉速具有對應關係，即某一電源頻率唯一對應一個驅動電機的轉速。
榮譽表彰
2016年12月7日，《起重機複合運動控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
