КРАН
CRANE

Настоящее изобретение относится к крану, в частности, башенному поворотному крану, с поворачиваемой приводом поворотного механизма вокруг вертикальной оси поворотного механизма стрелой, а также внеэксплуатационным тормозом, который допускает и затормаживает поворотные движения стрелы во внеэксплуатационном состоянии.
У башенных поворотных кранов, а также других типов кранов стрела может поворачиваться вокруг оси поворотного механизма, причем предусмотренный для этого поворотный механизм может иметь привод поворота, например, в форме электродвигателя, приводные движения которого посредством редуктора поворотного механизма, например, в форме планетарной передачи преобразуется в поворотное движение стрелы. У так называемых башенных кранов с неповоротной башней стрела при этом поворачивается относительно несущей стрелу башни, в то время как у так называемых башенных кранов с поворотной башней вся башня вместе с установленной на ней стрелой поворачивается относительно ходовой тележки соответственно опорного основания.
При эксплуатации крана поворотные движения управляются с помощью соответствующего управления привода поворота, причем для затормаживания и также фиксации при вращении в определенном положении поворота предусмотрен тормоз поворотного механизма. Подобного вида тормоза поворотных механизмов обычно из соображений безопасности могут быть образованы таким образом, что тормоз в своем тормозящем рабочем положении предварительно затягивается с помощью соответствующего пружинного устройства и может отпускаться с помощью исполнительного устройства, чтобы деблокировать возможность поворачивания.
В нерабочем режиме соответственно во внеэксплуатационном состоянии, когда кран отключен, тем не менее желательна возможность поворачивания крана, чтобы при ветре он мог ориентироваться в благоприятное к соответствующему направлению ветра положение поворота. Так как, например, башенные поворотные краны благодаря их балластировке гораздо более устойчивы к опрокидывающим движениям в плоскости стрелы, чем по отношению к опрокидывающим движениям поперек к плоскостям стрелы, идущим перпендикулярно через стрелу, кран при сильном ветре должен ориентироваться так, чтобы ветер дул сзади и стрела была ориентирована по возможности параллельно направлению ветра по ветру, так как в другом случае грозило бы опрокидывание крана соответственно кран должен бы загружаться дополнительным балластом. Чтобы иметь возможность такого автоматического ориентирования по ветру, рабочему тормозу соответственно тормозу поворотного механизма придано устройство, дающее свободу при ветре, которое отпускает обычно предварительно затянутый в своем тормозящем положении тормоз, когда кран не эксплуатируется. Это положение «конца рабочего дня» тормоза поворотного механизма может устанавливаться с помощью приводимого в действие вручную регулировочного рычага, но при необходимости также с помощью снабженного мотором привода отпускания тормоза, который может приводить тормозной исполнительный механизм перед отключением крана в заблокированное не тормозящее положение. Такое устройство, дающее свободу при ветре, для тормоза поворотного механизма башенного поворотного крана показывает, например, документ EP 1422188 B1.
Свободная способность крана поворачиваться во внеэксплуатационном состоянии, однако, при неблагоприятных ветровых условиях вследствие самовращения может привести к неустойчивости крана. Например, если кран стоит между двумя зданиями и действие ветра испытывают только стрела или только противовесная консоль, соответственно только стрела или противовесная консоль с одной стороны обдувается ветром, вследствие чего кран может начать вращаться еще быстрее, так как кран не останавливается, когда стрела повернулась из-под ветра соответственно прежде чем противовесная консоль попала под ветер. Таким образом, стрела и противовесная консоль могут попеременно попадать под ветер, так что нарастание этой циклической ветровой нагрузки может привести к авторотации крана, которая слишком быстро вращает кран и может его опрокинуть.
Чтобы предотвратить такую непроизвольную ротацию, уже предлагалось дать возможность поворачиваться поворотному механизму во внеэксплуатационном состоянии при не полностью отпущенном тормозе, а придать поворотному механизму дополнительный тормоз, который хотя и допустит поворотное движение крана при ветре, однако будет слегка затормаживать, чтобы смягчить указанную выше проблему авторотации. Например, рассматривалось предусмотреть на выходе редуктора поворотного механизма легкий внеэксплуатационный тормоз, который противопоставит поворачиванию крана ограниченный тормозящий момент, который меньше вращательного момента, созданного ветровой нагрузкой, так что кран по-прежнему сможет ориентироваться по ветру, однако сможет поворачиваться только с небольшой угловой скоростью.
Однако такой дополнительный тормоз трудно рассчитать в части тормозящего момента, чтобы он подходил к различным ветровым условиям и также к различным положениям крана. Например, слишком высокий тормозящий момент при еще умеренном ветре может вести к тому, что кран не будет ориентироваться как полагается, в то время как тот же самый тормозящий момент при очень неблагоприятных ветровых условиях с высокой скоростью ветра не сможет достаточно блокировать указанную авторотацию. В башенных поворотных кранах с качающейся стрелой к тому же может также положение подъема, в котором кран был остановлен, оказывать влияние на необходимый тормозящий момент.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача создания улучшенного крана однажды названного вида, который не имеет недостатков уровня техники и совершенствует последний предпочтительным образом. В частности, даже при изменяющихся, тяжелых ветровых условиях и различных конфигурациях крана при отключении крана должна надежно блокироваться представляющая опасность для устойчивости крана авторотация, но одновременно должна обеспечиваться возможность свободной ориентировки крана по ветру.
Согласно изобретению указанная задача решается с помощью крана, охарактеризованного признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Таким образом, предлагается, электродвигатель привода поворотного механизма, который при нормальной эксплуатации крана применяется для поворачивания крана, в отключенном внеэксплуатационном состоянии крана применять в качестве тормоза поворотного механизма, и который допускает поворотные движения при ветре, которые однако, затормаживает. Согласно изобретению внеэксплуатационный тормоз работает электродинамически и содержит электродвигатель привода поворотного механизма, который способен работать в качестве электродвигательного тормоза. Также если электродвигатель обычно для своего функционального назначения требует снабжения электроэнергией и в этом смысле для внеэксплуатационного состояния крана в качестве функционального компонента представляется непригодным, тем не менее именно с помощью эксплуатации электродвигателя поворотного механизма в качестве электродвигательного тормоза может создаваться подходящее наилучшим образом для торможения движений крана при ветровых нагрузках тормозное действие.
С помощью электродинамического образования внеэксплуатационного тормоза тормозящий момент может приспосабливаться к требованиям и изменяющемуся внеэксплуатационному состоянию. Если условия таковы, что поворачивание крана грозит нарастанием опасной авторотации, создается более высокий тормозящий момент. Если кран напротив не достаточно или только медленно ориентируется в свое предпочтительное относительно ветра положение, не создается вовсе или создается только очень низкий тормозящий момент. В частности, внеэксплуатационный тормоз образован работающим зависимо от угловой скорости таким образом, что приложенный тормозящий момент при большей угловой скорости крана больше, чем при меньшей угловой скорости крана. Если кран не поворачивается совсем или кран ориентируется по ветру слишком медленно, он не тормозится совсем или тормозится только слабее, в то время как наоборот тормозится сильнее, когда кран поворачивается слишком быстро. Таким образом, с одной стороны кран постоянно может поворачиваться в благоприятную ориентировку по ветру, в то время как с другой стороны блокирована увеличивающаяся авторотация выше максимальной угловой скорости крана.
В части зависимости от числа оборотов внеэксплуатационный тормоз может быть в принципе разработан по-разному, например, равномерная, например, пропорциональная зависимость может быть предусмотрена таковой, что с увеличивающейся угловой скоростью крана тормозящий момент непрерывно становится больше.
За исключением этого благоприятного для внеэксплуатационного тормоза крана тормозного действия с помощью электродинамически работающего образования тормоза поворотного механизма может к тому же достигаться свободная от износа эксплуатация. По-другому, чем, например, пластинчатые тормоза или вообще тормоза с фрикционными накладками, работающий электродинамически внеэксплуатационный тормоз длительно остается готовым к эксплуатации и тормозное действие также в течение длительного промежутка времени не ослабевает. К тому же не нужны никакие занимающие место и утяжеляющие дополнительные конструктивные элементы, что применяются при механических тормозах.
В усовершенствованном варианте изобретения электродвигателю привода поворотного механизма для повышения и/или управления электродвигательного тормозного сопротивления может быть придана схема торможения. В частности, к электродвигателю поворотного механизма может подключаться, по меньшей одно или несколько добавочных сопротивлений, на которых с помощью рассеяния соответственно термически снимается выработанная при электродвигательной тормозной эксплуатации энергия.
Такое подключаемое при внеэксплуатационном состоянии тормозное сопротивление может быть отдельным, не применяемым в нормальной эксплуатации крана тормозным сопротивлением. Предпочтительным образом в качестве добавочного сопротивления при внеэксплуатационном тормозном функционировании может применяться также тормозное сопротивление, которое при нормальной эксплуатации крана может подключаться к приводу тормозного механизма, чтобы, например, при затормаживании поворотной платформы воспринимать обратную мощность. Таким образом, предпочтительным образом уже имеющиеся сами по себе конструктивные элементы применяются также вне эксплуатации и загружаются двойным функционированием.
Чтобы достичь равномерного тормозного действия посредством различных фаз обмотки, указанное тормозное сопротивление преимущественным образом может быть выполнено трехфазным или также при однофазном образовании содержать три, по меньшей мере, одинаковой величины группы сопротивлений.
В частности, электродвигатель для применения в качестве внеэксплуатационного тормоза может замыкаться накоротко. При этом может быть предусмотрен способный приводиться в действие вручную или другим способом закорачивающий коммутационный аппарат для замыкания накоротко обмотки электродвигателя. В зависимости от электродвигателя здесь может замыкаться накоротко обмотка якоря или ротора. С помощью замыкания накоротко обмотки двигателя может предпочтительным образом сниматься существенная часть соответственно полная тормозная мощность в виде тепла в самом двигателе. Не требуется никаких специальных дополнительных конструктивных элементов.
Чтобы избежать недопустимого нагревания электродвигателя при эксплуатации в качестве тормоза, в частности, током короткого замыкания после замыкания накоротко, электродвигателю может быть придано охлаждающее устройство, которое предпочтительным образом может быть образовано в виде собственного вентилятора для охлаждения также в неподключенном состоянии. Например, может найти применение охлаждающий вентилятор, приводимый в движение с помощью оборотов электродвигателя.
В принципе можно было бы также осуществлять снятие электрической мощности, возникающей при электродвигательной эксплуатации в качестве тормоза другим способом, например, подавать питание, по меньшей мере, частично на аккумулятор энергии, например, в форме батареи бортовой сети или конденсатора.
Преимущественным образом при указанной выше способности замыкаться накоротко обмотки двигателя могут подключаться добавочные сопротивления и/или быть частью закорачивающего коммутационного аппарата, так что они при замыкании накоротко подключаются в качестве добавочного сопротивления. Таким образом, кривая сопротивления, то есть получающийся тормозящий момент может управляться, соответственно приспосабливаться посредством числа оборотов электродвигателя желаемым образом. С увеличивающимся добавочным сопротивлением максимальное тормозное действие может смещаться к более высоким числам оборотов, то есть характерная кривая тормозящего момента посредством числа оборотов становится более плоской, соответственно возрастает медленнее.
В качестве добавочного сопротивления может применяться при этом, в частности, указанное выше подключаемое тормозное сопротивление, которое может быть образовано трехфазным или может содержать три примерно равных по величине группы добавочных сопротивлений.
Чтобы удовлетворить возникающей во внеэксплуатационном состоянии крана ситуации, а в распоряжении не имеется напряжения возбуждения, которое может создать в электродвигателе магнитное поле, в принципе могут предприниматься различные мероприятия. Согласно предпочтительному осуществлению изобретения в качестве электродвигателя может выбираться постоянно возбужденный синхронный двигатель. Такое постоянное возбуждение может достигаться, например, с помощью постоянных магнитов на роторе, причем, однако, могут также рассматриваться и другие конфигурации.
Такой постоянно возбужденный синхронный двигатель, в частности, способен во внеэксплуатационном состоянии крана без внешнего питания электрическим током создавать тормозящий момент, который может использоваться для динамического затормаживания поворотного движения крана, например, поворотной платформы крана.
В качестве альтернативы такому постоянно возбужденному синхронному двигателю, привод поворотного механизма может также содержать асинхронный двигатель. Он имеет преимущество, что в кране, в котором применяется больше чем один электродвигатель, например, больше чем только в поворотном механизме, эти несколько двигателей могут эксплуатироваться с помощью вентильного преобразователе частоты. Эксплуатация нескольких электродвигателей с помощью вентильного преобразователя частоты с синхронными двигателями невозможна.
Так как асинхронные двигатели при отключенном снабжении электрическим током - что во внеэксплуатационном состоянии крана является обычным случаем - не могут намагничиваться ни от сети снабжения ни от вентильного преобразователя частоты, асинхронному двигателю могут быть приданы внеэксплуатационные средства возбуждения, чтобы асинхронные двигатели могли магнитно возбуждаться и во внеэксплуатационном состоянии крана. Эти внеэксплуатационные средства возбуждения могут содержать, в частности, конденсаторное возбуждение. Такое конденсаторное возбуждение может содержать включенные параллельно конденсаторы для обмотки статора асинхронного двигателя.
Электродвигатель может быть образован, в частности, в виде асинхронного двигателя с самовозбуждением.
С помощью указанных подключаемых конденсаторов во внеэксплуатационном состоянии крана асинхронному двигателю может предоставляться необходимая реактивная мощность для намагничивания. В частности, параллельное включение обмотки статора и конденсатора образуют резонансный контур. Конденсаторы могут при этом включаться как по схеме звезда, так и по схеме треугольник, причем, в частности, оправдалось включение конденсаторов по схеме треугольник.
Изобретение ниже более подробно поясняется с помощью предпочтительных примеров осуществления и приданных чертежей. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - перспективное, фрагментарное изображение башенного поворотного крана согласно предпочтительному осуществлению изобретения, который образован в виде башенного крана с неноворотной башней и имеет поворотный механизм для поворачивания стрелы относительно башни,
фиг. 2 - эквивалентная схема электродвигателя привода поворотного механизма, который выполнен в виде постоянно возбужденного синхронного двигателя, и приданного нему закорачивающего коммутационного аппарата с добавочным сопротивлением,
фиг. 3 - характеристика создаваемого электродвигателем из фиг. 2 тормозящего момента посредством числа оборотов двигателя, когда синхронный двигатель из фиг. 2 находится в замкнутом накоротко состоянии, причем частичный вид фиг. За показывает изменение характеристики без подключенных при коротком замыкании добавочных сопротивлений и частичный вид 3b показывает изменения характеристики при различных, подключаемых при коротком замыкании добавочных сопротивлений,
фиг. 4 - электрическая эквивалентная схема постоянно возбужденного электродвигателя подобно фиг. 2, причем в качестве подключаемых при коротком замыкании добавочных сопротивлений применяются имеющиеся прерыватели тормоза,
фиг. 5 - электрическая эквивалентная схема подключаемых в виде добавочных сопротивлений при коротком замыкании тормозных сопротивлений подобно фиг. 4, причем тормозное сопротивление образовано не трехфазным, а при однофазном осуществлении включает три примерно равных по величине группы сопротивлений, и
фиг. 6 - электрическая эквивалентная схема привода поворотного механизма с двумя асинхронными двигателями, которые способны работать от общего вентильного преобразователя частоты, причем для магнитного самовозбуждения асинхронных двигателей параллельно включены конденсаторы.
Как показано на фиг. 1, предметный кран может быть башенным поворотным краном 1, образованным в виде так называемого башенного крана с неповоротной башней, башня 2 которого несет стрелу 3, а также противовесную консоль 4, которые простираются главным образом горизонтально и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси 5 башни относительно башни 2. Вместо показанной на фиг. 1 конфигурации крана башенный поворотный кран 1 тем не менее мог бы быть образован также в виде башенного крана с поворотной башней и/или содержать способную изменять вылет остроконечную стрелу и/или стрела может быть закреплена растяжками к основанию башни или поворотной конструкции крана.
Чтобы стрелу можно было поворачивать, предусмотрен поворотный механизм 6, который в показанном осуществлении предусмотрен на верхнем конце башни 2 между стрелой 3 и башней 2 и может содержать зубчатый венец, с которым взаимодействует приводимое в движение приводным двигателем 7 ведущее колесо.
Предпочтительное осуществление приводного устройства поворотного механизма 6 может включать электрический приводной двигатель 7, который через редуктор поворотного механизма может приводить в движение приводной вал. Указанный редуктор поворотного механизма может быть планетарной передачей, чтобы желаемым образом понижать/повышать число оборотов приводного вала.
Чтобы иметь возможность затормаживания поворотных движений стрелы 3 и/или удержания данного положения поворота стрелы 3, поворотный механизм 6 содержит эксплуатационный рабочий тормоз поворотного механизма, который, например, может быть расположен на входной стороне редуктора поворотного механизма. Известным самим по себе образом эксплуатационный тормоз может содержать тормозное устройство с фрикционными дисками соответственно пластинками, которое в тормозящем положении предварительно затянуто устройством предварительного натяжения и может отпускаться электрическим исполнительным механизмом, например, в форме электромагнита, чтобы ослабить тормоз. В качестве альтернативы или дополнительно к такому механическому эксплуатационному тормозу может быть предусмотрен также электродвигательный тормоз, например, в форме прерывателя тормоза с подключаемыми тормозными сопротивлениями, который может быть интегрирован в управляющий электродвигателем 2 вентильный преобразователь частоты соответственно придан ему, см. фиг. 4, 5 и 6.
Дополнительно к этому эксплуатационному тормозу поворотный механизм содержит внеэксплуатационный тормоз 10, который тормозит поворотные движения стрелы 3 в отключенном внеэксплуатационном состоянии крана, тем не менее, должен допускать возможность самоориентировки крана соответственно его стрелы 5 при ветровых нагрузках.
Указанный внеэксплуатационный тормоз 10 выполнен работающим электродинамически и содержит приводной соответственно электродвигатель 7 поворотного механизма 6, причем электродвигатель 7 способен работать в качестве электродвигательного тормоза.
Как показывает фиг. 2, указанный электродвигатель 7 может быть образован в виде постоянно возбужденного синхронного двигателя, который может снабжаться энергией и управляться от вентильного преобразователя 8 частоты. Указанный вентильный преобразователь 8 частоты может содержать выпрямитель 9 и инвертор 11, сравни фиг. 2, через которые питающее напряжение может подаваться на электродвигатель 7.
Чтобы во внеэксплуатационном состоянии создать желаемый тормозящий момент, электродвигателю 7 может быть придан закорачивающий коммутационный аппарат 12, с помощью которого могут замыкаться накоротко обмотки электродвигателя 7.
Указанный закорачивающий коммутационный аппарат 12 может быть соединен с размыкающим сеть коммутационным аппаратом 13, с помощью которого электродвигатель при выводе из эксплуатации может отсоединяться от питающей сети. Указанные закорачивающий и размыкающий сеть коммутационные аппараты 13 и 12 могут быть интегрированы в общий коммутационный аппарат, так что при выводе из эксплуатации может срабатывать только один коммутационный аппарат. Однако в качестве альтернативы могут быть предусмотрены также отдельные коммутационные аппараты, которые могут обслуживаться отдельно или предпочтительным образом могут быть соединены друг с другом, так что приведение в действие одного коммутационного аппарата одновременно приводит в действие другой коммутационный аппарат, преимущественно таким образом, что при отсоединении электродвигателя 7 от питающей сети одновременно или со смещением во времени электродвигатель замыкается накоротко.
Как показывает фиг. 2, закорачивающему коммутационному аппарату 12 могут быть приданы добавочные сопротивления R, которые могут быть образованы трехфазными и распределены в отдельных фазах обмотки двигателя, когда двигатель замкнут накоротко. В принципе, тем не менее, может найти применение и чистый закорачивающий коммутационный аппарат без такого добавочного сопротивления.
Kipp
Как показывает фиг. 3a, электродвигатель 7 создает в замкнутом накоротко состоянии изменяющийся с числом оборотов вращающий момент или тормозящий момент. Если кран поворачивается, например, ветром, электродвигатель 7 претерпевает соответствующее поворачивание с числом оборотов, которое увеличивается или падает со скоростью поворачивания ветром. Как показывает фиг. За, при отсутствующей угловой скорости сначала совсем не создается никакого тормозящего момента, то есть кран может поворачиваться свободно, точнее говоря, при преодолении только механического сопротивления движению. Если угловая скорость увеличивается, возрастает также созданный электродинамически электродвигателем 7 тормозящий момент, пока он снова не упадет при характерном опрокидывающем числе оборотов η.
Как показывает фиг. 3b, ход кривой тормозящего момента может изменяться соответственно управляться посредством числа оборотов с помощью подключения показанных на фиг. 2 добавочных сопротивлений R. Чем больше включенных добавочных сопротивлений R, тем более плоский подъем кривой тормозящего момента, сравни фиг. 3b, так что максимальный тормозящий момент достигается только при более высоком числе оборотов. Соответственно с помощью выбора добавочного сопротивления соответственно добавочных сопротивлений предоставленный тормозящий момент может управляться желаемым образом в зависимости от числа оборотов. В то время как для многих кранов достаточной является возможность подключения только одного добавочного сопротивления, соответственно одной группы добавочных сопротивлений, при коротком замыкании, в усовершенствованном варианте изобретения может быть предусмотрено, что крановщик может подключать и выбирать различное по величине тормозное сопротивление, которое подключается из нескольких тормозных сопротивлений, например, с помощью того, что несколько закорачивающих коммутационных аппаратов могут включаться с соответственно приданными тормозными сопротивлениями.
v
1
2
3
Как показывает фиг. 2, добавочные сопротивления R могут быть отдельными предусмотренные только для внеэксплуатационного тормоза сопротивлениями. Но в качестве альтернативы этому предпочтительным образом в качестве добавочного сопротивления R может применяться также имеющееся тормозное сопротивление, которое при нормальной эксплуатации крана, то есть в состоянии эксплуатации, потребляет обратную мощность при торможении поворотного движения, например, поворотной платформы. Как показывает фиг. 4, такое тормозное сопротивление может быть придано тормозному прерывателю, который может быть предусмотрен в силовой цепи вентильного преобразователя частоты 8. Такое тормозное сопротивление может быть выполнено уже трехфазным, сравни фиг. 4, или при однофазном осуществлении содержать, по меньшей мере, приблизительно три равной величины группы сопротивлений R, R и R, см. фиг. 5.
Вместо постоянно возбужденного синхронного двигателя поворотный механизм 6 может содержать также один или несколько асинхронных двигателей, как электродвигатель 7, см. фиг. 6. Преимущественным образом несколько таких асинхронных двигателей могут приводиться в действие от одного общего вентильного преобразователя частоты 8, причем силовая цепь вентильного преобразователя частоты может при этом, известным самим по себе способом, включать выпрямитель 9 и функциональный узел 11 вентильного преобразователя частоты, причем и здесь может быть предусмотрен тормозной прерыватель 14 с приданными тормозными сопротивлениями R, посредством которых могут затормаживаться поворотные движения при нормальной эксплуатации крана.
Так как такие асинхронные двигатели во внеэксплуатационном состоянии без питающего напряжения эксплуатируемой сети лишаются магнитного возбуждения, к асинхронным двигателям 7 могут быть подключены конденсаторы возбуждения 15, например, посредством внеэксплуатационного коммутационного аппарата 16. Как показывает фиг. 6, конденсаторы возбуждения 15 могут быть включены преимущественным образом по схеме треугольник и подключаться параллельно. Преимущественным образом подключаемым конденсаторам возбуждения 15 могут быть приданы нагрузочные сопротивления, см. фиг. 6.
Работающие в качестве внеэксплуатационного тормоза асинхронные двигатели 7 получают при генераторной эксплуатации необходимую реактивную мощность для намагничивания от указанных конденсаторов возбуждения 15. При этом с увеличивающимся числом оборотов соответственно частотой возрастает также реактивный ток и таким образом намагничивание. Напряжение в системе трехфазного тока точно также возрастает, что ведет к возрастающей потребляемой мощности.
Все компоненты в системе рассчитываются при этом на максимальное принимаемое напряжение.