門座式起重機起升機構改造的幾點探討

孫中才

摘 要：門座式起重機的起升機構在工作過程中表現(xiàn)出了一些缺陷，為了保障門座式起重機起升機構的合理性、科學性，專門針對起升結構提出改造的要求，目的是確保起升機構能夠符合門座式起重機的要求，提高門座式起重機起升機構的穩(wěn)定性、安全性，規(guī)避潛在的起升風險，文章主要以門座式起重機為研究對象，探討起升機構改造的幾點內容。

關鍵詞：門座式起重機；起升機構；改造

中圖分類號：TH213.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0146-02

Abstract： The hoisting mechanism of gantry crane shows some defects in the working process. In order to ensure the rationality and scientific nature of the hoisting mechanism of gantry crane， it puts forward the requirements of upgrading the lifting structure. The purpose of this paper is to ensure that the hoisting mechanism can meet the requirements of gantry cranes， to improve the stability and safety of gantry crane hoisting mechanism， and to avoid the potential hoisting risk. This paper discusses some contents of the reconstruction of lifting mechanism.

Keywords： gantry crane； hoisting mechanism； renovation

門座式起重機是港口業(yè)務中的重點設備，負責運輸港口業(yè)務中的集裝箱，直接關系到港口業(yè)務的效益和效率。門座式起重機實現(xiàn)了港口業(yè)務的機械化，取代了傳統(tǒng)的人工搬運，門座式起重機工作的過程中最為關鍵的是起升機構，港口業(yè)務發(fā)展的過程中對門座式起重機的起升機構提出了改造的要求，主要是因為起升機構存在諸多缺陷，增加了門式起重機在港口業(yè)務中的工作壓力，所以要改進起升機構，優(yōu)化起升機構在門座式起重機中的應用。

1 電控系統(tǒng)改造

起重機起升機構的電控系統(tǒng)改造中引入了PLC，也就是可編程邏輯控制器，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。PLC具有可靠性、多接口的特征，PLC按照門座式起重機的運行需求驅動起升機構，采用循環(huán)掃描的方法執(zhí)行起升機構的程序，如：讀取輸入狀態(tài)、刷新輸入緩沖區(qū)、掃描用戶程序、刷新輸出緩沖區(qū)、從輸出接口輸出、循環(huán)讀取輸入狀態(tài)。

門座式起重機起升機構電控系統(tǒng)改造時PLC經(jīng)常會與變頻調速器結合，自動化的控制起升機構[1]。分析起升機構改造中對PLC技術的應用，起升機構按照PLC的要求改造了起升機構，配置了可用的元器件，同時設計好電路圖與控制軟件，不僅實現(xiàn)了起升機構的自動化控制，更是提供了監(jiān)控報警、優(yōu)化管理的方法，簡化了PLC在起升機構中的控制過程?；赑LC的電控系統(tǒng)提高了起升機構的精確性，彌補了電控系統(tǒng)起升控制的不足之處，限制了過載起升的問題，最大化地降低了起升機構的故障發(fā)生機率。

起重機起升電控系統(tǒng)中的PLC技術改造后，實現(xiàn)了輕載速度快，重載速度慢的功能，從根本上控制了起升機構的功率參數(shù)和運行效率，改造后的PLC具有諸多接口，可以根據(jù)通訊協(xié)議為起升機構擴充外部設備，同時接入優(yōu)化的軟件，保障起升電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。PLC把起升機構的運行狀態(tài)接入到操作位置的人機界面中，促使操作人員能夠準確的獲取起升機構的運行參數(shù)，體現(xiàn)PLC在起升機構改造中的實踐價值。

2 開發(fā)CAD系統(tǒng)

門座式起重機起升機構改造的過程中開發(fā)了CAD系統(tǒng)，CAD系統(tǒng)融合了多種學科技術，如計算機圖形技術、人機交互技術等、數(shù)據(jù)交換技術等，主要是按照起升機構的改造需求給出設計方法，提高起升機構的運行效率[2]。CAD系統(tǒng)在門座式起重機起升機構的改造過程中提供了可視化的技術，通過人機界面模擬起升機構的運行過程，直接在模擬的狀態(tài)下改進并評估起升機構，確保起升機構改造后能夠符合門座式起重機的要求。

門座式起重機的起升結構專門用于負責貨物的提升和下降，起升機構是起重機的基礎結構。起升機構的改造過程中朝向優(yōu)質、優(yōu)化的方向發(fā)展，提升起升機構在門座式起重機中的工作水平。門座式起重機的起升機構中，核心的組成結構有：驅動裝置、制動裝置、傳動裝置、取物裝置、卷繞系統(tǒng)，利用CAD系統(tǒng)改造時提供了人機界面，從模擬的條件下改造門座式起重機的起升機構?；贑AD的開發(fā)系統(tǒng)選擇的是VB.NET程序設計語言，專門在起重機起升機構中設計了計算機輔助系統(tǒng)，編寫的程序開發(fā)出了人機交互界面，人機交互界面菜單調節(jié)時就可以完成起升機構的改造工作。本文以某港口的門座式起重機為例，分析起升機構改造中CAD系統(tǒng)的有效應用。該案例中門座式起重機起升機構改造中，CAD開發(fā)系統(tǒng)提供了計算機輔助設計的方法，改造起升機構后驗證改造結構是否符合門座式起重機的要求。

2.1 主參數(shù)

分析該門座式起重機起升機構的主參數(shù)，如：（1）主提升的起重量是260t，副起升的起重量是65t，副副起升的起重量是15t；（2）主起升的起升速度是10.78m/min，副起升的起升速度是11.8m/min，副副起升的起升速度是12.3m/min；（3）主起升的工作級別是M7，副起升的工作級別是M6，副副起升的工作級別是M5；（4）主起升的起升高度是30m，副起升的起升高度是30m，副副起升的起升高度是30m。

2.2 方案設計

CAD開發(fā)系統(tǒng)改造門座式起重機的起升機構時可以分為以下幾個流程，分別是系統(tǒng)中錄入主參數(shù)、系統(tǒng)中搜索相似的改造案例、明確起升機構的改造方式、計算出改造后零部件的參數(shù)信息、打印出改造設計方案、建立非標零件的3D建模、系統(tǒng)內保存好設計結果。CAD開發(fā)系統(tǒng)中起升機構方案設計的內容有：（1）CAD主界面系統(tǒng)中輸入起升機構改造設計的參數(shù)信息，設計人員把改造要求的相關參數(shù)輸入到計算機中的CAD系統(tǒng)內；（2）點擊相似案例索引菜單，從界面中查找出相關的案例，參考案例中的起升結構改造方法，設計符合本案例的改造方案，確定出起升機構的布置方法和各類零部件的參數(shù)；（3）起升機構設計的計算界面中，整個設計的過程中都要解釋好設計原理，保障各項文件內容的清晰度，不能出現(xiàn)模糊的設計內容；（4）起升結構傳動軸的設計過程中，確定好相關的設計參數(shù)，合理計算出傳動軸的初選軸徑，調取數(shù)據(jù)庫內對應傳動軸的應用數(shù)據(jù)，核實傳動軸扭轉剛度以及臨界轉速。

CAD開發(fā)系統(tǒng)中通過開發(fā)中的SolidWorks、Word生成起升機構改造中的設計文件，同時根據(jù)零件構建出3D數(shù)字化建模，建模中顯示起升機構改造后的設計圖，模擬了起升機構改造的過程，供設計人員校對、查驗。

2.3 設計明細

案例中CAD開發(fā)系統(tǒng)設計出了起升機構改造后各項零件的明細，具體分析如：（1）鋼絲繩：主起升結構是36NAT6×19W+IWR1770，副起升結構是30NAT6×19W+IWR1770，副副起升結構是18NAT6×19W+IWR1570，主起升支數(shù)是14，副起升支數(shù)是8，副副起升支數(shù)是6，主起升工作拉力是110.3kN，副起升工作拉力是84.1kN，副副起升工作拉力是25.1kN；（2）電動機：主起升功率是2×375kW，副起升功率是132kW，副副起升功率是35kW，主起升電動機是580r/min，副起升電動機是588r/min，副副起升電動機是715r/min；（3）制動器：主起升制動力矩是4×9000N·m，副起升制動力矩是2×5000N·m，副副起升制動力矩是2×750N·m。

3 變頻控制技術

門座式起重機起升機構改造中采用變頻控制技術，以便在低頻狀態(tài)下輸出可以滿足起升操作的輸出扭矩，確保起重機可以在滿負荷的狀態(tài)下完成起升操作，變頻控制技術在起升機構制動到提升、提升到制動的過程中均可實現(xiàn)穩(wěn)定性控制，防止起重機過度晃動。

3.1 變頻控制

門座式起重機起升機構運行過程中提出了安全性的要求，變頻調速技術應用到起升機構的電氣系統(tǒng)中積極預防起升事故[3]。變頻控制在起升機構中的運行功能：（1）門座式起重機的變頻器中輸入正轉的啟動指令后，輸出的頻率是0，PLC會主動輸出電磁制動的釋放信號，在自動化的狀態(tài)下消除電磁制動，變頻器接到輸出信號后驅動電動機運轉，促使電動機的速度快速達到目標速度的數(shù)值，起升結構的負載過重時，電動機變頻器會匹配較大的起升力矩，避免出現(xiàn)力矩不足的情況；（2）起重機起升制動期間如變頻器檢測到輸出頻率低于0.5Hz時，變頻器就會輸出制動信號促使電機停轉，高頻率狀態(tài)下制動時就要通過制動器抱閘的方法逐步減速到停機狀態(tài)，變頻器對起升機構頻率的控制有效預防了重物掉落的情況，直接采用低頻減速的方法就可以安全停止起升操作；（3）門座式起重機在運輸重物過程中起升機構突發(fā)故障后，此時PLC結構會暫停變頻器的運轉，立即向制動器發(fā)送緊急制動的指令，在人機界面的觸摸屏上會顯示起升機構的故障代碼，由維修人員迅速處理起升機構的故障，操作人員按下故障復位鍵促使門座式起重機恢復到正常的運行狀態(tài)，PLC復位變頻器。

3.2 變頻保護

起升機構改造中的變頻保護，主要是在實現(xiàn)變頻控制的過程中落實保護措施。起重機起升機構變頻改造后的保護措施，如：（1）上升限位保護，起升機構到達最高的位置后，上升限位的開關有動作狀態(tài)，起升機構會暫停上升，系統(tǒng)安排起升機構下降并恢復到正常狀態(tài)；（2）下降限位保護，與上升限位保護相同，起升機構到達最低的位置后，下降限位的開關有動作指令，起升機構暫停下降；（3）超載保護，起升機構不論上升還是下降過程中都可能會出現(xiàn)超載，變頻保護中設置了超載保護，變頻控制中設置了限位負荷，超過限位負荷起升機構自動停止。

4 結束語

門座式起重機起升機構改造后不僅提高了港口運輸業(yè)務，更是維護了起升機構的穩(wěn)定性與可靠性，降低了起升機構的故障發(fā)生機率。門座式起重機對起升機構改造有著很高的需求，全面落實有效的改造措施，優(yōu)化起重機的起升機構，滿足港口業(yè)務的基本需要，更重要的是體現(xiàn)起升機構改造的實踐價值。

參考文獻：

[1]李剛.5070門座式起重機變幅機構制動改造方案[J].裝備制造技術，2016（03）：176-178.

[2]金建紅，曾欽堅，樂矣天.25t門座起重機起升機構改造[J].港口裝卸，2015（06）：31-32.

[3]劉世鋒.M10-25門座式起重機起升機構的改造[J].建筑機械化，2006（09）：57-58+61.