一种智能塔机的卷扬无级减速动力系统及智能塔机的制作方法

1.本发明属于塔机技术领域，具体涉及一种智能塔机的卷扬无级减速动力系统及智能塔机。


背景技术：

2.随着建筑业的发展，建筑施工的机械化程度逐年提高，塔式起重机(简称塔吊)作为一种能够实现垂直和水平运输物料的机械，特别是因其起升高度高、起升重量大、工作幅度大等特点，在建筑业得到了广泛的应用。
3.卷扬机构作为采用滚筒缠绕钢丝绳或链条升降或牵引重物的起重设备，为塔吊的重要组成部分。现有的卷扬机构中，电机和减速机都设在卷扬壳体外部，体积较大，壳体两端的刹车钳与电机、减速器等没有配合，结构不够紧凑，同时现有的卷扬机动大多采用变频调速 固定传动比的动力装置，变频虽可以改变运动过程中的速度，但配合固定传动比使用时，无论如何变频调速，电机都要转动相同的圈数才能够达到要求。但塔机吊起的物料重量有大有小，载重有时轻有时重，卷扬的扭矩也随着载重而变化，若一直采用固定传动比，电机转动的圈数不会随着载重扭矩而变化，会增加电机的磨损和能耗。对载重的响应速度也较慢，导致作业效率低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种智能塔机的卷扬无级减速动力系统及智能塔机，以至少解决智能塔机动力结构因固定传动比而导致的磨损问题。
5.本发明提供了一种智能塔机的卷扬无级减速动力系统，包括：机座，包括两个支架以及架设于两个所述支架之间的固定轴；卷筒，所述卷筒转动套装于所述固定轴上；动力组件，所述动力组件设于所述卷筒内，并包括均与所述固定轴连接的驱动电机和减速器，所述减速器为无级减速器，所述减速器的输入端与所述驱动电机的输出端连接，所述减速器的输出端与所述卷筒连接；控制组件，包括控制器和设于所述减速器输出端的扭矩传感器，所述控制器分别与所述扭矩传感器和所述减速器电连接。
6.本发明提供的智能塔机的卷扬无级减速动力系统还可具有以下附加技术特征：在本发明的一个具体实施方式中，所述减速器包括：传动组件，包括主动轮组、从动轮组和传动钢带，所述主动轮组包括第一转轴以及套接于其上的第一齿轮、主动锥轮，所述从动轮组包括第二转轴以及套接于其上的第二齿轮和从动锥轮，所述传动钢带绕设于所述主动锥轮和从动锥轮上；所述第一齿轮与所述驱动电机的输出端传动连接；内齿圈环，所述内齿圈环与所述第二齿轮啮合，并与所述卷筒连接。
7.在本发明的一个具体实施方式中，所述减速器还包括锥轮调节系统，所述锥轮调
节系统与所述主动锥轮连接。
8.在本发明的一个具体实施方式中，所述驱动电机包括输出轴、套装于所述输出轴上的定子组件、套装于所述定子组件外侧并与所述输出轴连接的转子组件；所述输出轴套装于所述固定轴上，且所述输出轴上设有适于与第一齿轮相啮合的太阳轮。
9.在本发明的一个具体实施方式中，所述驱动电机还包括圆柱形壳体和端板，所述圆柱形壳体内设具有敞口的容纳腔，所述容纳腔适于收容所述输出轴、定子组件和转子组件，外侧适于与卷筒连接的定位轴承；所述端板套装于所述输出轴上，并与所述容纳腔的敞口适配连接。
10.在本发明的一个具体实施方式中，所述端板位于朝向所述减速器的一端，且所述端板的端面上设有多个撑柱，所述撑柱适于套接所述第一转轴或第二转轴。
11.在本发明的一个具体实施方式中，还包括制动组件，所述制动组件包括与所述卷筒连接的制动盘以及设于所述支架上的制动卡钳，所述制动卡钳可相对于所述制动盘移动以实现摩擦制动。
12.在本发明的一个具体实施方式中，所述制动组件还包括齿轮泵、储油箱和电控阀；所述齿轮泵位于所述卷筒内，且其主动齿轮套接于所述驱动电机的输出轴上；所述储油箱、所述电控阀与所述齿轮泵构成循环回路。
13.在本发明的一个具体实施方式中，还包括套装于所述固定轴上的卷扬端板，所述卷扬端板为两个，并分设于所述卷筒的两端；所述制动盘呈环形，且侧面的内圆周处设有环形凸起，所述环形凸起与所述卷扬端板连接；所述制动卡钳位于所述制动盘与所述卷扬端板的间隙中。
14.本发明还提供了一种智能塔机，所述的智能塔机包括上述任意一项所述的智能塔机的卷扬动力系统。
15.本发明与现有技术相比具有以下的优点：本发明提供的智能塔机的卷扬无级减速动力系统通过设置机座、卷筒和动力组件，并使机座包括支架和固定轴，卷筒套装于固定轴上，动力组件设于卷筒内并包括相连接的驱动电机和减速器，且减速器与卷筒连接，进而使卷筒能够在机座上转动，进而成为卷扬机构的动力机构。上述结构通过将动力组件的减速器设置为无级减速器，并配合扭矩传感器和控制器，使减速器随载重扭矩而改变传动比，不仅能够降低电机损耗，还能够提高响应速度；同时通过将动力组件设置于卷筒内，从而使驱动电机、减速箱与卷筒共享空间并相互支撑，不仅降低了卷扬动力模块总成的体积和占地面积，还避免了各结构因位置分散而出现的固定问题和变位问题，进而同时避免了因固定问题和变位问题而引起的联轴器损坏、减速机松动、滚筒松动松动等问题，进而增加了卷扬动力模块的使用维护周期。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明一种实施方式中智能塔机的卷扬无级减速动力系统的结构爆炸图；
图2为图1中动力组件的结构示意图；图3为图2中减速器的部分结构示意图；图4为图3的主视图；图5为制动组件的连接示意图。
18.附图标记说明：1-支架，2-固定轴，3-卷筒，4-输出轴，5-转子组件，6-圆柱形壳体，7-端板，8-定位轴承，9-内齿圈环，10-传动钢带，11-齿轮泵，12-驱动板，13-驱动盖板，14-卷扬端板，15-制动盘，16-制动卡钳，17-太阳轮，18-第一转轴，19-第一齿轮，20-主动锥轮，21-第二转轴，22-从动锥轮，23-第二齿轮，24-撑柱，25-扭矩传感器，26-储油箱，27-电控阀，28-蓄能器，29-电磁阀，30-驱动器。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
21.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
22.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
23.本发明提供了一种卷扬无级减速动力系统，其用于智能塔机中，并与智能塔吊的钢丝绳适配连接，适于在智能塔吊起重过程中控制钢丝绳的收卷和钢卷，从而实现智能塔
机的起重。
24.如图1-5所示，本发明提供了一种智能塔机的卷扬无级减速动力系统，包括：机座，包括两个支架1以及架设于两个支架1之间的固定轴2；卷筒3，卷筒3转动套装于固定轴2上；动力组件，动力组件设于卷筒3内，并包括均与固定轴2连接的驱动电机和减速器，减速器为无级减速器，减速器的输入端与驱动电机的输出端连接，减速器的输出端与卷筒3连接；控制组件，包括控制器和设于减速器输出端的扭矩传感器25，控制器分别与所述扭矩传感器25和所述减速器电连接。
25.机座中的支架1呈板状，且数量为两个，两个支架1的底部均固定于智能塔吊上，并相互平行。固定轴2设于两个支架1之间，且端部分别与两个支架1固定连接。卷筒3为两端开口且外壁面设有凹槽的圆筒结构，其通过设于卷筒3内腔并安装于固定轴2上的驱动电机和减速器套装于固定轴2上，并可在驱动电机和减速器的驱动下绕固定轴2转动。
26.动力组件中，减速器为无级减速器，其具有连续可变的传动比，从而能够实现连续变速，进而实现了良好的动力性和平顺性。本实施例中，无级减速器与控制器、扭矩传感器25结合使用，可以便于根据卷筒3上钢丝绳的载重调整传动比，从而调整电机和减速机的转速，整体减少了电机的转动圈数，实现节能和快速响应的运行目的。
27.具体的，当载重较大时，卷扬速度应降低，以保证安全，此时，控制器根据载重重量计算对应的传动比，应增大传动比，根据传动比改变驱动电机转速，以降低减速器的输出速度，从而降低卷扬速度；载重较小时，卷扬速度可保持或增速，此时，控制器根据载重重量计算对应的传动比，保持或减小传动比，以保持或增加减速器的输出速度。
28.本发明提供的智能塔机的卷扬无级减速动力系统通过设置机座、卷筒3和动力组件，并使机座包括支架1和固定轴2，卷筒3套装于固定轴2上，动力组件设于卷筒3内并包括相连接的驱动电机和减速器，且减速器与卷筒3连接，进而使卷筒3能够在机座上转动，进而成为卷扬机构的动力机构。上述结构通过将动力组件的减速器设置为无级减速器，并配合扭矩传感器25和控制器，使减速器随载重扭矩而改变传动比，不仅能够降低电机损耗，还能够提高响应速度；同时通过将动力组件设置于卷筒3内，从而使驱动电机、减速箱与卷筒3共享空间并相互支撑，不仅降低了卷扬动力模块总成的体积和占地面积，还避免了各结构因位置分散而出现的固定问题和变位问题，进而同时避免了因固定问题和变位问题而引起的联轴器损坏、减速机松动、滚筒松动松动等问题，进而增加了卷扬动力模块的使用维护周期。
29.在本发明的一个具体实施方式中，减速器包括：传动组件，包括主动轮组、从动轮组和传动钢带10，主动轮组包括第一转轴18以及套接于其上的第一齿轮19、主动锥轮20，从动轮组包括第二转轴21以及套接于其上的第二齿轮23和从动锥轮22，传动钢带10绕设于主动锥轮20和从动锥轮22上；第一齿轮19与驱动电机的输出端传动连接；内齿圈环9，内齿圈环9与第二齿轮23啮合，并与卷筒3连接。
30.上述结构中，主动锥轮20和从动锥轮22均包括两个锥形的轮盘，两个轮盘的锥部
相向设置以使中间的凹槽呈v型，其中一边的轮盘由液压控制机构控制，以使两个轮盘分开或拉近，v型槽也随之变宽或变窄，主动锥轮20和从动锥轮22反向调节，带动传动钢带10升高或降低，进而改变传动钢带10与主动锥轮20或被动锥轮接触的直径，从而实现传动比的调节。又主动锥轮20与第一齿轮19固设于第一转轴18上，进而主动锥轮20与第一齿轮19可同步转动，从动锥轮22与第二齿轮23固设于第二转轴21上，进而从动锥轮22与第二齿轮23可同步转动，配合第一齿轮19、第二齿轮23的连接关系，可将驱动电机输出的动力经第一齿轮19、主动锥轮20、传动钢带10、从动锥轮22、第二齿轮23传递至内齿圈环9中，并进一步通过内齿圈环9传递至卷筒3上，实现卷筒3的转动。
31.进一步的，扭矩传感器25设于第二转轴21上，适于测量减速器输出的扭矩，进而依据扭矩判断钢丝绳上的载重。
32.在本发明的一个具体实施方式中，减速器还包括锥轮调节系统，锥轮调节系统与主动锥轮20连接。锥轮调节系统用于调节主动锥轮20和从动锥轮22中两个轮盘的间距，进而调节减速器的传动比。
33.在本发明的一个具体实施方式中，驱动电机包括输出轴4、套装于输出轴4上的定子组件、套装于定子组件外侧并与输出轴4连接的转子组件5；输出轴4套装于固定轴2上，且输出轴4上设有适于与第一齿轮19相啮合的太阳轮17。
34.具体的，驱动电机为主要包括输出轴4、定子组件和转子组件5等结构的外转子永磁电机，其中，输出轴4为空心轴，并通过轴承套装于固定轴2上，且靠近减速器的一端外设有与输出轴4一起转动的太阳轮17。定子组件包括环形的且外圆周设有多个定子凸极的定子铁心和绕设于定子凸极上的励磁线圈，定子铁心通过轴承套装于旋转轴上，励磁线圈用于产生旋转磁场。转子组件5包括套装于定子组件外侧的圆环以及设于圆环内圆周的多个圆弧片状磁极；圆环采用导磁材料制成，以作为磁轭提供转子磁路，同时圆环靠近减速器的一端向内延伸并与输出轴4固定连接；磁极采用强永磁材料制成，磁场方向为径向，通电情况下，圆弧片状磁极能够在励磁线圈形成的磁场中转动以带动圆环一起转动，圆环转动并带动输出轴4转动，从而实现动力输出。
35.在本发明的一个具体实施方式中，驱动电机还包括圆柱形壳体6和端板7，圆柱形壳体6内设具有敞口的容纳腔，容纳腔适于收容输出轴4、定子组件和转子组件5，外侧适于与卷筒3连接的定位轴承8；端板7套装于输出轴4上，并与容纳腔的敞口适配连接。
36.具体的，驱动电机的外壳为圆柱形，并包括一端开口的圆柱形壳体6以及与圆柱形壳体6的开口端适配固接的端板7，输出轴4、定子组件和转子组件5的收容腔，且圆柱形壳体6的封口端和端板7的中心设有属于输出轴4穿过的通孔，以使于输出轴4、定子组件和转子组件5收容于圆柱形壳体6和端板7形成收容腔时，输出轴4的端部能伸出外壳之外。驱动电机通过输出轴4与固定轴2定位连接，还通过圆柱形壳体6的外侧的定位轴承8与卷筒3定位连接，进而实现了卷筒3中部与固定轴2的定位，提高了卷筒3的稳定性。
37.在本发明的一个具体实施方式中，端板7位于朝向减速器的一端，且端板7的端面上设有多个撑柱24，撑柱24适于套接第一转轴18或第二转轴21。具体的，撑柱24固定连接于端板7上，或与端板7一体设置，并垂直于端板7的端面，每个撑柱24上均设有轴承，适于通过轴承套接第一转轴18或第二转轴21，进而为减速器提供支撑。
38.在本发明的一个具体实施方式中，还包括制动组件，制动组件包括与卷筒3连接的
制动盘15以及设于支架1上的制动卡钳16，制动卡钳16可相对于制动盘15移动以实现摩擦制动。具体的，与支架1固定连接的制动卡钳16可在外力作用下向制动盘15移动，并与制动盘15接触以形成摩擦力，进而实现卷扬动力模块总成的制动。
39.在本发明的一个具体实施方式中，制动组件还包括齿轮泵11、储油箱和电控阀；齿轮泵11位于卷筒3内，且其主动齿轮套接于驱动电机的输出轴4上；储油箱、电控阀与齿轮泵11构成循环回路。
40.具体的，齿轮泵11是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵，其入口和出口分别与储油箱连通进而形成密封的循环回路，电控阀为常开阀门，并设于循环回路的其中一个通路上，优选的，设置于齿轮泵11入口与储油箱之间的通路上，当电控阀打开时，齿轮泵11与储油箱之间的通路打开，进而当齿轮泵11的主动齿轮与驱动电机的输出轴4连接并在输出轴4的带动下旋转时，液压油可在齿轮泵11的泵缸和储油箱中顺畅的往复输送，而当电控阀关闭时，齿轮泵11与储油箱之间的通路关闭，齿轮泵11中主动轮旋转使泵缸入口端压强降低而出口端压强增加，压强差可构成主动轮的旋转阻力，且随主动轮的转动压强差也逐渐增大直至主动轮停止转动，进而带动输出轴4停止转动，从而实现卷扬动力模块总成的制动。
41.上述结构通过设置包括齿轮泵11、储油箱和电控阀的制动组件，并直接将齿轮泵11与驱动电机的输出轴4连接，利用齿轮泵11的高灵敏性，实现卷扬动力模块的精准制动，而且齿轮泵11设于卷筒3内，且主动齿轮可直接套接于输出轴4上，避免了其他联轴结构的使用，进而避免了制动组件与卷筒3因位置分散而出现的固定问题和变位问题，同时避免了因固定问题和变位问题而引起的制动组件松动问题，进而增加了卷扬机构的使用维护周期。
42.同时，齿轮泵11可于结合制动卡钳16、制动盘15配合使用，以使智能塔机的卷扬动力系统具有两种制动方式，进而降低了制动的故障率。
43.进一步的，如图5所示，在本发明的一个具体实施方式中，制动组件还包括依次连接的蓄能器、电磁阀和驱动器，蓄能器连接于齿轮泵11出口和储油箱之间，驱动器的输出端与制动卡钳16对应设置，适于驱动制动卡钳16向制动盘15移动。具体的，蓄能器与储油箱之间还设有限压阀和泄压阀。驱动器为将压力转化为驱动力的结构，诸如液压缸等。上述结构通过蓄能器储存齿轮泵11工作室产生的能量，并在需要时作为动力驱动制动卡钳16与制动盘15接触制动。
44.如图3所示，在本发明的一个具体实施方式中，驱动电机还包括驱动盖板13和设于驱动盖板13的一个侧面的驱动板12，驱动板12与驱动盖板13均套装于输出轴4上，并位于端板7的对侧，其中，驱动板12为驱动电路板，并与励磁线圈、电控阀、电磁阀、蓄能器和锥轮调节系统电连接，驱动盖板13与圆柱形壳体6连接。优选的，圆柱形壳体6的底部设于外壳的中部以将圆柱形壳体6分隔为两个空间，其中一个空间与端板7配合以收容定子组件和转子组件5，另一个空间与驱动盖板13配合以收容齿轮泵11或收容齿轮泵11与储油箱。进一步的，为提高稳定性，驱动盖板13上还设有适于与定位齿轮泵11的安装孔。
45.在本发明的一个具体实施方式中，还包括套装于固定轴2上的卷扬端板14，卷扬端板14为两个，并分设于卷筒3的两端；制动盘15呈环形，且侧面的内圆周处设有环形凸起，环形凸起与卷扬端板14连接；制动卡钳16位于制动盘15与卷扬端板14的间隙中。
46.具体的，卷扬端板14设于卷筒3两端，并与卷筒3一起转动，适于通过其平板结构降低卷筒3的变形率，从而保证结构稳定性。此外，其中一个卷扬端板14通过轴承套接于驱动盖板13的外侧，适于进一步为驱动电机提高支撑，进而提高电机的稳定性。两个制动盘15的内径均大于与驱动盖板13连接的卷扬端板14的内径，并以该内径和小于制动板外径的外径向一侧延伸形成环形凸起，并于环形凸起处设有安装孔；卷扬端板14的对应位置处也设有安装孔，以使制动盘15与卷扬端板14通过螺栓固定连接。制动盘15的外圆周与卷扬端板14形成容纳制动卡钳16的间隙。
47.本发明还提供了一种智能塔机，的智能塔机包括上述任意一项的智能塔机的卷扬无级减速动力系统。该智能塔机配置有前述任意实施方式所提供的卷扬无级减速动力系统，并能够智能控制卷扬无级减速动力系统以执行上述所有的功能，从而实现智能塔机的起重。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。