測船懸索吊臂自動(dòng)收放機(jī)的研制

徐興東 王蒙恩 徐長征 楊道法 俞磊

【摘要】黃河下游水文測驗(yàn)手段主要依靠機(jī)動(dòng)測船，需要把旋漿式流速儀安裝在200公斤的重型鉛魚支架上面，孫口水文站現(xiàn)有大型機(jī)動(dòng)測船兩艘、中小型機(jī)動(dòng)船舶兩艘，日常測驗(yàn)或者洪水測驗(yàn)中需要兩個(gè)青壯年通過旋轉(zhuǎn)加力輪實(shí)現(xiàn)懸索吊臂左右收放。針對(duì)黃河下游懸索吊臂測驗(yàn)設(shè)備落后的局面，對(duì)懸索吊臂控制部分進(jìn)行了技術(shù)革新與改造，并研制出一套使測船懸索吊臂通過永磁電動(dòng)機(jī)減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)左右收放的設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】測驗(yàn)船舶；懸索吊臂；旋轉(zhuǎn)加力輪；永磁電動(dòng)機(jī)減速機(jī)

1、問題的提出

孫口水文站隸屬于黃委會(huì)山東水文水資源局，位于山東省梁山縣趙固堆鄉(xiāng)蔡樓村，該站系全國大江大河重要水文站，是黃河水量調(diào)度最重要的依據(jù)站，屬國家重點(diǎn)報(bào)汛站，東平湖分滯洪決策控制站，常年向國家防總、黃河防總拍報(bào)水情。孫口水文站現(xiàn)擁有大型測驗(yàn)船舶兩艘，中小型測驗(yàn)船舶兩艘，在日常測驗(yàn)或是在洪水期間，孫口水文站進(jìn)行測船測驗(yàn)時(shí)，懸吊重型鉛魚的懸索吊臂的收放要用人力來旋轉(zhuǎn)加力輪來實(shí)現(xiàn)懸索吊臂的左右收放，由于鉛魚重量達(dá)200公斤，再加上吊臂運(yùn)轉(zhuǎn)軸的摩擦力，要兩個(gè)男性勞動(dòng)力才能將吊臂收回或者放出，關(guān)鍵的時(shí)候既耽誤工時(shí)又浪費(fèi)工力。針對(duì)這種現(xiàn)狀，筆者對(duì)測驗(yàn)船舶懸索吊臂進(jìn)行技術(shù)改造，使測船懸索吊臂通過永磁電動(dòng)機(jī)減速機(jī)來達(dá)到自動(dòng)收放的目的。

2、改造內(nèi)容

（1）采用直流24V永磁電動(dòng)機(jī)減速機(jī)來取代人力轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）減速機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與人力輸入軸連接，為了防止電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，設(shè)計(jì)成插接式裝配，拆裝方便。

（3）電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)利用某某控制器來控制，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)。

（4）懸索吊臂設(shè)置兩個(gè)限位裝置。

（5）電源采用測船現(xiàn)有的鉛酸電池。

（6）利用測船現(xiàn)有的備用線路，連接到駕駛臺(tái)。

（7）如果駕駛臺(tái)沒有24V動(dòng)力電源，就從機(jī)艙引到駕駛臺(tái)，然后與電動(dòng)機(jī)連接。

3、創(chuàng)新要求

設(shè)備安裝好，要求電動(dòng)機(jī)的功率能夠滿足旋轉(zhuǎn)懸索吊臂的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減速后的轉(zhuǎn)速為每分鐘13轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制，速度可調(diào)，在吊臂的兩側(cè)安裝限位裝置，防止吊臂越位或者因?yàn)榈醣劭ㄋ蓝鴵p壞電動(dòng)機(jī)過減速機(jī)，最終目的是減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)出和收回的自動(dòng)化控制。

4、工作原理

利用直流電動(dòng)機(jī)的的源動(dòng)力經(jīng)過蝸輪蝸桿減速機(jī)進(jìn)行減速，減速的目的是為了加大輸出軸的扭力，利用減速機(jī)的輸出軸輸出的扭力來旋轉(zhuǎn)懸索吊臂的蝸輪蝸桿軸，以此替代人力，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過調(diào)速旋鈕進(jìn)行調(diào)速，在駕駛臺(tái)船長就可以根據(jù)工作需要來操作懸索吊臂，輕松實(shí)現(xiàn)電控操作懸索吊臂的的左右擺動(dòng)。

5、技術(shù)參數(shù)

5.1電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及參數(shù)

額定功率：100W 空載轉(zhuǎn)速：1r/min=轉(zhuǎn)每分鐘

額定電壓：DC24V 輸出扭矩：扭矩：600KG.CM

額定電流：6.5A 減速箱減速比：減速比1：100

空載轉(zhuǎn)速：17 r/min 負(fù)載轉(zhuǎn)速：13r/min

重量：9.8kg

5.2控制器的參數(shù)與型號(hào)驅(qū)動(dòng)器選用：DC 48RT50BL-XW ，它是一款智能型大功率直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器使用高性能MCU，采用高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制算法，應(yīng)用于特殊功能要求的場合，可外部模擬量、脈寬控制和電位器調(diào)速，可設(shè)置軟啟和軟停，可設(shè)置最大電流和馬達(dá)扭矩，馬達(dá)正向和反向可獨(dú)立選擇，馬達(dá)正向、反向最大電流可獨(dú)立設(shè)置，正向限位和反向限位可獨(dú)立控制，驅(qū)動(dòng)器設(shè)有故障報(bào)警輸出端，可以更有效的保護(hù)整套設(shè)備的安全及可靠，可以很好的應(yīng)用到吊箱鉛魚的升降上。

規(guī)格及型號(hào)：

型號(hào)：DC 48RT50BL-XW 最大輸出電流：100A

最大輸出電壓：55V 直流電壓輸入范圍：10～55V

控制器的特性：

（1）體積小，寬電壓輸入

（2）多種控制方式：電位器、模擬量控制、脈寬控制

（3）獨(dú)立的正向&反向控制

（4）獨(dú)立的正向限位&反向限位

（5）剎車制動(dòng)控制功能

（6）最大電流限制

（7）過電流、過熱，過壓、欠壓，短路等異常情況啟動(dòng)保護(hù)功能

（8）LED 故障報(bào)警狀態(tài)指示，故障報(bào)警輸出

性能指標(biāo)：

（1）電源電壓：10—55VDC

（2）待機(jī)電流：15mA

（3）持續(xù)工作電流：40A 瞬間電流高：100A-5S

（4）工作頻率：2KHZ

（5）Out+5VDC 電源（可給電位器供電）： 5V DC 20mA

（6）模擬量輸入范圍：0-- 5VDC

（7）軟啟動(dòng)時(shí)間：0-5S

（8）軟停止時(shí)間：0-5S

（9）脈沖輸入頻率：250Hz

（10）占空比輸入范圍20%-- 100%

（11）數(shù)字量輸出接口：最大負(fù)載能力為50v 1A

（12）溫度保護(hù)狀態(tài)：80℃停止輸出

（13）工作環(huán)境溫度：-40℃-- +60℃

（14）環(huán)境濕度：相對(duì)濕度≤80RH

（15）外形尺寸： L * W * H = 127mm * 85mm * 49mm

（16）重量：300g

鉛魚的上升-下降開關(guān)選用手柄式單刀雙擲開關(guān)（中間為空檔），應(yīng)選擇大于6安培的開關(guān)。操作手柄開關(guān)為自鎖型。旋轉(zhuǎn)電位器進(jìn)行鉛魚升降的調(diào)速，具有斷電剎車功能，可以正向限位和反向限位，限位元件選用漫反射型光電開關(guān)。

型號(hào)為：E3F1-DS5C4直流三線NPN常開，直徑M12mm，動(dòng)作距離為40mm。

5.3減速機(jī)的減速比與型號(hào)

減速比為1：100

減速機(jī)的型號(hào)GW114165

6、結(jié)論

測船懸索吊臂自動(dòng)收放機(jī)研制成功后，該設(shè)備現(xiàn)安裝在孫口水文站黃測112測船上。經(jīng)過長時(shí)間的應(yīng)用，該設(shè)備不但提高了水文測驗(yàn)設(shè)施科技含量，并且節(jié)省了人力物力，具有性能穩(wěn)定、省時(shí)省力、操作方便、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，同時(shí)它的應(yīng)用結(jié)束了通過人工旋轉(zhuǎn)加力輪實(shí)現(xiàn)懸索吊臂左右收放的歷史，在黃河干流水文測船測驗(yàn)中具有很好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐陽再平，李炎松，向家華.水文勘測船工.黃河水利出版社.

[2]朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國水利水電出版社，2013：216-218.

作者簡介：徐興東（1989—），男，助理工程師。