CN106829762A - 起重机高转速储能助力装置及起升机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，包括储能器、离合器、助力装置和控制装置；在起重机起升机构的减速器或变速箱的动力输入轴，通过增速齿轮新增一根更高转速的储能器安装轴；所述离合器能够实现减速器或变速箱的动力输入轴与储能器安转轴的联动或分离；助力装置能够把储能器收集的能量传递到减速器或变速箱的动力输入轴上。当吊重上升时，离合器打开，储能器不收集能量，也不给起升机构增加新的转动惯量；吊重下降时，离合器闭合，储能器收集吊重下降释放的势能；起升机构驱动吊重再次上升时，助力装置将储能器储存的能量传递到动力输入轴上。本发明有利于高效储能，也能助力吊重起升。
Description
技术领域
本发明涉及一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，尤其是具有高转速储能与助力装置的起升机构及使用该种高转速储能与助力装置的起升机构的起重机。
背景技术
起重机及一些起升机构是用来起吊重物并实现其在垂直空间内的升降运动，在起升和下降的过程中实现重力势能的储存和释放。为了确保起重机的节能利用，需要安装一种高转速储能与助力装置。高转速储能与助力装置是指当起升吊钩、平台或吊笼等属具下降时，将吊重下放释放的能量转化为电能并将其储存起来，当需要起吊重物时，将所储存的能量释放，辅助电动机的启动。
现有的储能方式主要有：化学储能、超导储能和物理储能。
化学储能技术比较成熟，并已得到广泛的应用。化学储能实际上就是利用储能材料相接触时发生化学反应，并通过热能和化学能的转化储存能量。目前化学储能广泛应用于化学热泵、化学热机、化学热管、空调设备和灭火材料等方面。但是它的使用寿命短，并且受外界条件影响显著，最重要的是其对环境污染严重。
超导储能是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置，其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部***快速交换有功和无功功率，用于提高电力***稳定性、改善供电品质。可见其对技术的要求很高，对环境要求也十分苛刻，暂时还不适合大规模的应用。
物理储能主要有压缩空气储能、抽水储能和飞轮储能等。相比化学储能来说，物理储能更加环保、绿色，利用天然的资源来实现。物理储能具有规模大、循环奉命长和运行费用低等优点，但需要特殊的地理条件和场地，建设的局限性较大，且一次性投资费用较高，不适合较小功率的离网发电***。
当前随着中国经济的快速发展，能源和环保问题成为了中国快速发展的主要障碍。因此在开发新能源的同时，研究如何回收存储被浪费掉的能量也是十分重要的。尤其是在起升机构起吊重物时，会耗费大量能量，这就需要在起重机设计中将节能这一理念考虑其中，高转速储能与助力装置将吊重下放释放的能量转化为电能，实现能量的回收存储，同时实现了节能环保的设计理念。
当前野外作业的非电力起重机所面临的问题是耗能大，并且没有将所耗费的能量合理的回收利用起来。高转速储能与助力装置将吊重下放释放的能量储存起来，可以提高能量的利用率。
综上所述，现有的起重机的起升机构，不但耗能大，而且没有考虑能量的回收和利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，通过齿轮转速的提高，进而增加存储的能量，以解决起重机的能量高效回收问题。同时本发明的目的还在于提供一种利用此高转速储能与助力装置的起升机构。
为实现上述目的，本发明的高转速储能与助力装置***方案如下。
一种高转速储能与助力装置，包括储能器(4)、离合器(5)、助力装置(3)和控制装置；其中在起重机起升机构的减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴，储能器(4)安装在该轴上；所述离合器(5)能够实现减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)与储能器安转轴(12)的联动或分离；所述助力装置(3)能够把储能器(4)收集的能量传递到减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)上。
本发明还提供了一种应用上述高转速储能与助力装置的起升机构，包括卷筒联轴器、卷筒、定滑轮组、导向滑轮组、动滑轮吊钩组、钢丝绳、起重量和起升高度限位器等，卷筒上的钢丝绳直接或绕过导向滑轮牵引钢丝绳滑轮组实现取物装置和吊重的升降运动，当电动机正转或反转，卷筒(6)缠绕或释放钢丝绳，吊钩等取物装置和所吊物品实现升或降运动；所述高转速储能与助力装置，包括储能器(4)、离合器(5)、助力装置(3)和控制装置；其中在起重机起升机构的减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴，储能器(4)安装在该轴上；所述离合器(5) 能够实现减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)与储能器安转轴(12)的联动或分离；所述助力装置(3)能够把储能器(4)收集的能量传递到减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)上。
本发明达到的效果是：高转速储能与助力装置能够将起重机吊重下降时的势能最终以电能的形式储存起来，以此作为再次起吊重物阶段的辅助驱动能源，该装置既不给起升机构增加新的转动惯量，有利于高效储能，也能助力吊重起升。
具体的，当起重机吊重上升时，通过控制装置将离合器(5)打开，储能器(4)不收集能量，也不给起升机构增加新的转动惯量；当起重机吊重下降时，储能器(4)处于充电模式，此时通过控制装置将离合器(5)闭合，储能器(4)收集吊重下降释放的势能；起升机构驱动吊重再次上升时，储能器(4)处于放电模式，此时助力装置(3)将储能器(4)储存的能量传递到动力输入轴(11)上。
为说明本发明高转速储能与助力装置通过齿轮转速的提高，进而增加齿轮存储的能量的优点，特进行以下计算分析。
高速旋转的齿轮以动能的形式存储的能量可以表示为。
E=1/2 mv 2=1/2 mr 2 ω 2=1/2 Jω 2，
式中: v—齿轮边缘线速度(m/s)，m—齿轮的质量(kg)，J—齿轮的转动惯量(kg·m2)，ω—齿轮的角速度(rad/s)。
由上式可知齿轮具有的能量与齿轮的转动惯量、齿轮角速度的平方成正比，由此可知提高齿轮储能量的方法有增大齿轮的转动惯量和提高齿轮转速。
由于齿轮转动惯量的公式可以近似为：J=1/2 mr 2，
式中r—齿轮的转动半径(m)。
由上式可知增加齿轮转动惯量的方法有增加齿轮转动半径和增加齿轮质量，然而在一般设计情况下在保证能量容量一定的情况下应尽量缩减齿轮的质量和体积，所以增加齿轮存储能量的方法一般为提高齿轮转速。
由此可知通过齿轮转速的提高，进而可以增加齿轮存储的能量。
附图说明
图1为高转速储能与助力装置简图，其中(1)为减速器，(2)为制动器，(3)为助力装置，(11)为减速器或变速箱的动力输入轴，(12)为减速器高转速的储能器安装轴，(13)为减速器高速轴齿轮，(14)为减速器拓展后的高速齿轮，(4)为储能器，(5)为离合器。
图2为起升机构简图，(1)为减速器, (2)为制动器, (3)为助力装置, (4)为储能器, (5)为离合器, (6)为卷筒。
图3为高转速储能与助力装置工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种高转速储能与助力装置，包括储能器(4)、离合器(5)、助力装置(3)和控制装置；其中在起重机起升机构的减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴(12)，储能器(4)安装在该轴上；离合器(5)能够实现减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)与储能器安转轴(12)的联动或分离；助力装置(3)能够把储能器(4)收集的能量传递到减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)上。当起重机吊重上升时，通过控制装置将离合器(5)打开，储能器(4)不收集能量，同时不给起升机构增加新的转动惯量，也不增加机构的负担；当起重机吊重下降时，电动机反转，使卷筒(6)将缠绕在其上的钢丝绳放出，吊钩及悬挂物品实现一定速度的下降运动，减速器(1)拓展后的高速齿轮(14)高速旋转，储能器(4)处于充电模式，此时通过控制装置将离合器(5)闭合，储能器(4)收集吊重下降释放的势能；当起升机构驱动吊重再次上升时，电动机正转，使卷筒(6)将缠绕在其上的钢丝绳卷进，吊钩及悬挂物品则实现一定速度的上升运动，储能器(4)处于放电模式，此时助力装置(3)将储能器(4)储存的能量传递到动力输入轴(11)上，将储存的能量作为辅助驱动能源，更加经济与节能环保。
起升机构实施例。
起升机构，既包括高转速储能与助力装置，还包括驱动装置和卷筒机构等。其中其中在起重机起升机构的减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴，储能器(4)安装在该轴上；所述离合器(5) 能够实现减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)与储能器安转轴(12)的联动或分离；所述助力装置(3)能够把储能器(4)收集的能量传递到减速器(1)或变速箱的动力输入轴(11)上。
高转速储能与助力装置与上述相同，在此，不再赘述。
以上给出了本发明涉及两个主体的具体实施方式，但本发明不局限于描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的基本相同，这样形成的技术方案是对上述实例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高转速储能与助力装置，包括储能器、离合器、助力装置和控制装置；其特征在于在起重机起升机构的减速器或变速箱的动力输入轴，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴，储能器安装在该轴上；所述离合器能够实现减速器或变速箱的动力输入轴与储能器安转轴的联动或分离；所述助力装置能够把储能器收集的能量传递到减速器或变速箱的动力输入轴上。
2.根据权利要求1所述的一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，其特征在于，储能器安装于减速器或变速箱的驱动轴通过增速齿轮新增一根更高转速的轴上。
3.根据权利要求1所述的一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，其特征在于，离合器能够实现减速器或变速箱的动力输入轴与储能器安转轴的联动或分离。
4.根据权利要求 1所述的一种起重机起升机构的高转速储能与助力装置，其特征在于，助力装置能够把储能器收集的能量传递到减速器或变速箱的动力输入轴上。
5.一种起升机构，既包括上述权利1提及的高转速储能与助力装置，还包括卷筒联轴器、卷筒、定滑轮组、导向滑轮组、动滑轮吊钩组、钢丝绳、起重量和起升高度限制器等，卷筒上的钢丝绳直接或绕过导向滑轮牵引钢丝绳滑轮组实现取物装置和吊重的升降运动，当电动机正转或反转，卷筒缠绕或释放钢丝绳，吊钩等取物装置和所吊物品实现升或降运动；其特征在于在起重机起升机构的减速器或变速箱的动力输入轴，通过增速齿轮新增一根更高转速的轴，储能器安装在该轴上；所述离合器能够实现减速器或变速箱的动力输入轴与储能器安转轴的联动或分离；所述助力装置能够把储能器收集的能量传递到减速器或变速箱的动力输入轴上。
6.根据权利要求5所述的起升机构，其特征在于，储能器安装于减速器或变速箱的驱动轴通过增速齿轮新增一根更高转速的轴上。
7.根据权利要求5所述的起升机构，其特征在于，离合器能够实现减速器或变速箱的动力输入轴与储能器安转轴的联动或分离。
8.根据权利要求5所述的起升机构，其特征在于，助力装置能够把储能器收集的能量传递到减速器或变速箱的动力输入轴上。
9.一种起重机，包括上述权利5提及的起升机构。
10.根据权利要求9所述的起重机，其特征在于，其起升机构满足权利6、7和8提及的特征。
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