淺談無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與控制

馬騰

摘要：本文主要是針對(duì)轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤檢修維護(hù)過程中存在的問題進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一種無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤起吊裝置，目的在于保障轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤檢修維護(hù)施工安全，提高作業(yè)效率，減少作業(yè)流程，以避免對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的損傷。本設(shè)計(jì)采用無軌智能門架式機(jī)構(gòu)，大車可在平整地面多方位自由運(yùn)行，起升機(jī)構(gòu)可控制吊裝高度的精確定位，PLC程序可對(duì)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度、距離、時(shí)間進(jìn)行管控，變頻器控制各機(jī)構(gòu)性能輸出和保護(hù)，配備有線及無線控制器，確保操作人員安全，開闊操作人員視野，從而不受限制，顯著提高轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤檢修維護(hù)作業(yè)的效率。為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備因故障不能檢修提供解決方案，避免因檢修不及時(shí)或無法進(jìn)行檢修而影響生產(chǎn)，還可減少因檢修不便帶來的次生傷害。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤 ?無軌智能 ?起吊裝置 ?施工安全

Abstract： This paper mainly analyzes the problems existing in the maintenance process of bogie turntable， and designs a trackless intelligent bogie turntable lifting device， aiming to ensure the construction safety of bogie turntable maintenance， improve operation efficiency and reduce operation process， so as to avoid damage to metal structure. This design adopts a trackless intelligent gantry mechanism， the cart can run freely in multiple directions on a flat ground， the hoisting mechanism can control the precise positioning of the lifting height， the PLC program can control the running speed， distance， and time of each mechanism， and the inverter can control The performance output and protection of each mechanism are equipped with wired and wireless controllers to ensure the safety of the operators， broaden the vision of the operators， so as not to be restricted， and significantly improve the efficiency of the maintenance work of the bogie turntable. Provide solutions for the failure of on-site equipment maintenance， avoid the impact on production due to untimely maintenance or failure of maintenance， and reduce the secondary injury caused by inconvenient maintenance.

Key Words： Bogie turntable; Trackless intelligence; Lifting device; Construction safety

轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤機(jī)械傳動(dòng)及電氣部件檢修維護(hù)及損壞時(shí)，需將轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤上部轉(zhuǎn)臺(tái)整體進(jìn)行吊離，目前采用的作業(yè)方式是作業(yè)人員配合叉車進(jìn)行調(diào)向，指揮人員指揮叉車司機(jī)將叉車前叉架插入轉(zhuǎn)臺(tái)底部，將轉(zhuǎn)臺(tái)與叉車架進(jìn)行臨時(shí)捆綁固定，同時(shí)多人進(jìn)行配合將其鏟運(yùn)至安全位置。由于在作業(yè)過程中，人為和叉車性能的不確定性，需要多次檢查調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)重心位置及提升高度，影響工作效率，且叉車作為提升調(diào)向設(shè)備與轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)臺(tái)底部屬于剛性接觸，不免會(huì)對(duì)設(shè)備造成金屬結(jié)構(gòu)損傷或變形。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1設(shè)備組成

設(shè)備主要門架結(jié)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)（可旋轉(zhuǎn)型）、環(huán)鏈葫蘆及智能電氣裝置等組成[1]。

1.2吊運(yùn)工作方式

“地操+遙控”兩種操作方式，吊裝高度定位精確，吊運(yùn)移動(dòng)方向不受限制，各機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，配備“變頻+PLC智能控制系統(tǒng)”，便于根據(jù)不同工況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。

1.3 設(shè)備主要配置

（1）支撐架：主要承載金屬結(jié)構(gòu)門架[2]。

（2）地梁、旋轉(zhuǎn)梁：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)使門架結(jié)構(gòu)運(yùn)行及轉(zhuǎn)向[3]。

（3）電氣設(shè)備：起重專用變頻器+西門子PLC智能控制。

（4）供電：380V交流電源、發(fā)電機(jī)、蓄電池組。

1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.4.1 確定設(shè)備主要參數(shù)

（1）起重量：5t。

（2）門架跨度：4m。

（3）起升高度：1m。

（4）起升速度：0.1～3m。

（5）大車運(yùn)行速度：0.1～6m。

（6）小車運(yùn)行速度：0.1～6m。

1.4.2無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備

無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備具體結(jié)構(gòu)包括橫梁、所述橫梁下面左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有支撐架、支撐架下面設(shè)有地梁、地梁下面兩端對(duì)稱設(shè)置有旋轉(zhuǎn)梁，旋轉(zhuǎn)梁可相對(duì)所述地梁轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)梁設(shè)有行走裝置，橫梁下面設(shè)有提升裝置。

（1）支撐架：包括兩個(gè)人字形支架和連接承，連接承設(shè)置在兩根支撐斜梁之間，人字形支架包括兩根支撐斜梁。

（2）旋轉(zhuǎn)梁：設(shè)有齒輪箱，行走裝置包括大車電機(jī)、變速箱和大車走行輪，大車走行輪位于輪箱內(nèi)，大車電機(jī)、變速箱位于齒輪箱上，大車電機(jī)通過變速箱可帶動(dòng)大車走行輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）大車電機(jī)：設(shè)置為滑環(huán)電機(jī)，所述地梁上設(shè)有環(huán)形滑環(huán)，所述環(huán)形滑環(huán)環(huán)繞設(shè)置在旋轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)軸外側(cè)，與所述環(huán)形滑環(huán)相匹配設(shè)置斷電碳刷。

（4）地梁：設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變速箱、旋轉(zhuǎn)主動(dòng)盤、旋轉(zhuǎn)鏈條、旋轉(zhuǎn)負(fù)動(dòng)盤、旋轉(zhuǎn)定位磁頭，旋轉(zhuǎn)電機(jī)位于地梁的中間部位，旋轉(zhuǎn)電機(jī)與變速箱相連，變速箱與旋轉(zhuǎn)主動(dòng)盤相連，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)盤可通過旋轉(zhuǎn)鏈條帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)負(fù)動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)定位磁頭與旋轉(zhuǎn)負(fù)動(dòng)盤相連，旋轉(zhuǎn)定位磁頭旋下時(shí)可固定住旋轉(zhuǎn)負(fù)動(dòng)盤，旋轉(zhuǎn)負(fù)動(dòng)盤與旋轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)軸相連。

（5）電氣控制：結(jié)合無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，其中PLC系統(tǒng)可采用siemens公司產(chǎn)品，大大提高了操作精度和穩(wěn)定度;變頻器綜合保護(hù)功能完善，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障，并且節(jié)約了能源[4]。

（6）供電：無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備走行動(dòng)力采用電池組供電。

1.4.3金屬結(jié)構(gòu)。

無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)是重要組成部分，它是整臺(tái)設(shè)備的骨架，將機(jī)械和電氣設(shè)備連接組合成一個(gè)有機(jī)的整體，承受和傳遞作用在設(shè)備上的各種載荷并形成一定的作業(yè)空間，以便使起吊的重物搬運(yùn)到指定的地點(diǎn)。

1.5 機(jī)構(gòu)原理

（1）無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備中，通過對(duì)控制系統(tǒng)的操縱，驅(qū)動(dòng)裝置將動(dòng)力的能量輸入，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在傳遞給取物裝置。取物裝置將被搬運(yùn)物體與起升機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，通過工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)或組合運(yùn)動(dòng)，完成物體搬運(yùn)作業(yè)任務(wù)?？梢苿?dòng)金屬結(jié)構(gòu)將各組成部分連接成一個(gè)整體，并承載設(shè)備本身的自重和吊重。

（2）取物裝置是通過吊鉤將物體與無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備聯(lián)系起來進(jìn)行物體吊運(yùn)的裝置。根據(jù)被吊物體不同的種類、形態(tài)、體積大小，采用不同種類的取物裝置。合適的取物裝置可以減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高工作效率。防止吊物墜落，保證工作人員的安全和吊物不受損傷，滿足取物裝置對(duì)安全的基本要求。

1.6 技術(shù)難點(diǎn)

（1）轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤檢修維護(hù)時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)吊運(yùn)流程的制定。根據(jù)日常輪對(duì)轉(zhuǎn)盤檢修維護(hù)指導(dǎo)書和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)規(guī)范的，與管理人員，技術(shù)人員，現(xiàn)場(chǎng)使用人員進(jìn)行深入溝通探討，經(jīng)過分類、研究、歸納、總結(jié)，制定出規(guī)范化強(qiáng)，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，操作簡(jiǎn)單方便的轉(zhuǎn)臺(tái)吊運(yùn)流程。

（2）無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備的各類保護(hù)措施。為了保障無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備的功能協(xié)調(diào)有序，且保證轉(zhuǎn)臺(tái)吊運(yùn)工作的穩(wěn)定性，就必須保證各類保護(hù)措施和器件的完善，必須考慮到各種工作狀況和突情況，設(shè)置完善的保護(hù)措施，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。

2 技術(shù)方案

2.1 電氣部分

（1）PLC接受操作信號(hào)，綜合處理，使變頻器的輸出得以控制，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。故障處理、達(dá)速控制、運(yùn)行應(yīng)答、正反轉(zhuǎn)信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)以及速度信號(hào)是控制吊運(yùn)設(shè)備與變頻器間的聯(lián)絡(luò)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)起升機(jī)構(gòu)升降速度、運(yùn)行速度，同時(shí)對(duì)起升、大小車電機(jī)和小車限位、大車限位、下降限位、上升限位等進(jìn)行保護(hù)。

（2）起升機(jī)構(gòu)是負(fù)載機(jī)構(gòu)，不但對(duì)精準(zhǔn)的控制制動(dòng)以及高的轉(zhuǎn)速有要求，還嚴(yán)格要求轉(zhuǎn)矩的控制。應(yīng)用矢量的控制方法作為控制方式，PLC所接受的電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器要經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換卡所送到的反饋信息，防止吊鉤下滑。

（3）控制系統(tǒng)包括各種操作電氣裝置、可視操作顯示器、電氣元件、線路，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的接口[5]?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性、技術(shù)狀態(tài)對(duì)吊裝、吊運(yùn)作業(yè)安全、作業(yè)效率有重大影響。

2.2運(yùn)行工作

（1）起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器和減速器進(jìn)行連接，通過減速器的低速軸的旋轉(zhuǎn)使卷筒、吊鉤、鋼絲繩等組合動(dòng)作。當(dāng)起升電機(jī)工作時(shí)，通過正向轉(zhuǎn)動(dòng)、逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，將起升力矩傳遞給卷筒，隨后卷筒將鋼絲繩卷入或者放出，使得吊運(yùn)物上升或者下降，其基本的原理是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成為重物的升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)突然斷電時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，吊物就會(huì)在指定位置停止。當(dāng)上升到極限位置時(shí)，會(huì)觸碰限制器，使得吊鉤停止運(yùn)動(dòng)。

（2）該設(shè)備運(yùn)行部分的走行電機(jī)通過聯(lián)軸器與減速器進(jìn)行連接，經(jīng)減速器低速軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過正反方向旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)作傳遞給車輪，然后車輪向指定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其基本的原理是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成為了機(jī)構(gòu)的平行移動(dòng)。當(dāng)突然斷電時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，設(shè)備就會(huì)在指定位置停止。當(dāng)運(yùn)行到極限位置時(shí)，會(huì)觸碰限制器，使得車輪停止運(yùn)動(dòng)[6]。運(yùn)行機(jī)構(gòu)還配套了防風(fēng)抗滑裝置、緩沖器等，這些裝置可以有效避免小車脫軌和防止起重機(jī)被強(qiáng)風(fēng)吹跑而導(dǎo)致傾覆。

4 設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理圖

無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備主要由橫梁、支撐架、地梁、旋轉(zhuǎn)梁、齒輪箱等部分組成，其組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖1所示。

5 取得效益

5.1 安全效益

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)，通過無軌智能轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤吊運(yùn)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制設(shè)計(jì)等，使其最大化滿足現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)使用的同時(shí)，保障了作業(yè)過程中的人身安全、設(shè)備安全，避免了由于目前采用叉車進(jìn)行臨時(shí)替代作業(yè)的各種安全隱患，包括重物滑落、設(shè)備傾翻、操作難度系數(shù)高、設(shè)備剛性損傷等，提高了作業(yè)效率，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全有著十分重要的意義。

5.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)用效益

一是采用無軌智能吊運(yùn)完全不用安裝道軌，在施工現(xiàn)場(chǎng)平整地面任意行車吊物，能節(jié)省資金和人力;二是無軌智能吊運(yùn)設(shè)備可選三種電源，自帶電池組供電、自帶發(fā)電機(jī)供電或380伏三相電源供電;三是可以隨意調(diào)整角度和方向，作業(yè)區(qū)域內(nèi)外，不留死角，任意吊運(yùn)。

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