門座式起重機(jī)全自動(dòng)磁滯耦合器研究

李勝永，何翠芳，寧海洋

(江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通，226010)

1 引言

門座式起重機(jī)電纜卷盤供電裝置由地面供電控制箱、電纜錨定裝置、電纜溝、導(dǎo)向架、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)幾系統(tǒng)和電纜卷盤組成。電纜卷盤經(jīng)歷了重錘式、力矩馬達(dá)式和磨擦片式電纜卷盤，目前普遍使用的是磁制式電纜卷盤[1-2]，原因在于該類型電纜卷盤近似恒力矩驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)單方向運(yùn)轉(zhuǎn)，可堵轉(zhuǎn)，力矩可調(diào)，不需要附加制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，迅速成為當(dāng)前最為理想的電纜卷繞裝置。

2 存在問題與分析

電纜卷盤的驅(qū)動(dòng)電機(jī)單方向工作，其工作方向是收回電纜方向，在門座式起重機(jī)大車行走遠(yuǎn)離電纜錨位時(shí)，電纜由電纜卷盤收回電纜，如圖1所示。而起重機(jī)在駛離錨位時(shí)，電動(dòng)機(jī)通電相序不變，靠大車行走的拖拽力作用在電纜導(dǎo)向裝置，使得電纜卷磁滯驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩，而釋放電纜[3]，如圖2所示。在控制系統(tǒng)中，電纜卷盤和大車行走機(jī)構(gòu)同步工作。無論哪種情況磁滯式電纜卷盤均為恒轉(zhuǎn)矩輸出，但是在收纜情況下，隨著收纜電纜層數(shù)增多，作用力半徑增大，則電纜卷盤切向拉力隨之減小，最大值在大車行走機(jī)構(gòu)達(dá)到電纜錨位時(shí)[4-5]。同樣道理，在釋放電纜時(shí)，大車施加的切向拉力也隨著電纜層數(shù)的減少而逐漸增大，大車的拖拽所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于磁滯驅(qū)動(dòng)器的扭矩時(shí)才能正常工作。因此，釋放電纜過程要比收纜過程產(chǎn)生的電纜拉力(電纜重力)更大。較大的拉力經(jīng)常使得電纜錨定裝置[6]、電纜和端子回路造成損毀。隨著電纜卷盤故障，電纜溝摩擦力等因素的加入，安全隱患較大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，60%以上的緊急停車都是由電纜卷盤供電裝置造成的。

圖1 收纜情況

圖2 釋放電纜情況

3 解決方案

3.1 檢測(cè)電纜拉力，引入極限限位開關(guān)

此方案的工作原理如圖3所示。在鋼絲繩導(dǎo)向架上安裝拉力檢測(cè)機(jī)構(gòu)和限位開關(guān)，隨著鋼絲繩拉力增大，導(dǎo)向輪帶動(dòng)彈簧向壓力方向移動(dòng)，觸發(fā)極限限位開關(guān)，反饋至電氣控制系統(tǒng)，大車運(yùn)行停止，保護(hù)電纜并發(fā)出報(bào)警。

該裝置可以有效防護(hù)電纜和供電裝置安全，簡(jiǎn)單，易行，可以通過拉力調(diào)節(jié)裝置有效保護(hù)電纜。但是，這種方法可以有效起到保護(hù)作用，沒有根本上解決大車運(yùn)行和磁滯式電纜卷盤間的匹配問題。

圖3 極限纖維開關(guān)保護(hù)措施

3.2 檢測(cè)電纜壓力，引入壓力傳感器

此方案工作原理如圖4和圖5所示，電纜在導(dǎo)向架內(nèi)運(yùn)行時(shí)，通過導(dǎo)向輪將電纜拉力傳遞給“S”型壓力傳感器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并送到A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送到控制器件，控制器將輸入的電纜拉力數(shù)字量和控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況信息進(jìn)行綜合分析，匹配大車運(yùn)行和磁滯電纜卷盤運(yùn)行信息，進(jìn)而調(diào)整電纜鋼絲繩張力，可以避免頻發(fā)停機(jī)故障，從根本上緩解電纜張力過大帶來的問題。

圖4 引入壓力傳感器保護(hù)措施

圖5 信號(hào)傳遞過程

4 實(shí)施后具體案例

某型號(hào)門座式起重機(jī)大車動(dòng)力電纜卷盤運(yùn)行工況：大車行走速度30m/min，加速時(shí)間6s，電纜卷盤的中心高度距電纜槽高度為8m。電纜最大直徑φ58mm，自重3.935kg/m。整機(jī)供電10KV/131A。

大車電纜卷盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中含有2個(gè)磁滯聯(lián)軸器加電機(jī)(磁滯聯(lián)軸器出廠設(shè)定力矩6。5～7Nm)。每個(gè)電機(jī)型號(hào)(QAEJ90L6A),功率均為1.1Kw，極數(shù)6級(jí),,電壓380V/50Hz,電機(jī)尾部帶LENZE電磁制動(dòng)器,制動(dòng)器電壓為單相220V。如圖6所示。

圖6 磁滯電纜卷盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)

門座式起重機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中有1個(gè)凸輪限位與卷盤聯(lián)動(dòng)，凸輪限位內(nèi)含有6片凸輪片(3片90度、3片尖角)。導(dǎo)纜架中有兩個(gè)方向限位,1個(gè)過緊限位，過緊限位接合方向限位能檢測(cè)出大車在哪個(gè)方向上的電纜過緊動(dòng)作。1個(gè)預(yù)松限位不起作用，電纜張力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并傳送給門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中。

整個(gè)大車行程中的關(guān)鍵點(diǎn)位置：終點(diǎn)(±10M)、電纜坑位(±3m)由凸輪限位和張力極限比較指令檢測(cè)。中點(diǎn)(0m)由兩個(gè)方向限位，凸輪限位組合和極限比較指令檢測(cè)。

實(shí)施壓力傳感器檢測(cè)電纜張力后具體控制過稱為：

(1)當(dāng)大車處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)

所有電機(jī)均不運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)器全部制動(dòng)。當(dāng)大車向電纜坑行走時(shí)，電纜卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)，收取電纜: 大車行走機(jī)構(gòu)啟動(dòng)應(yīng)滯后電纜卷盤裝置啟動(dòng)0.3秒；大車行走停止運(yùn)行后，電纜卷盤應(yīng)延遲2秒再停；延時(shí)時(shí)間應(yīng)根據(jù)電纜在實(shí)際的受力等情況可進(jìn)行調(diào)整。

(2)大車在收取電纜時(shí)

電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)≤8圈 ,距電纜坑約58米外由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng),另外一臺(tái)電機(jī)關(guān)閉,但所有電機(jī)的制動(dòng)器均應(yīng)打開；電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)>8圈 ,距電纜坑約58米內(nèi)，由全部電機(jī)驅(qū)動(dòng),所有電機(jī)的制動(dòng)器均應(yīng)打開；工作時(shí)，根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電纜實(shí)際受力情況調(diào)整卷盤的電纜分段圈數(shù)。

(3)當(dāng)大車向終點(diǎn)行走時(shí)，電纜卷盤放纜

大車背向電纜坑行走時(shí),電纜卷盤放出電纜，此時(shí)所有電機(jī)都不運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)大車離電纜坑～58米外(儲(chǔ)纜盤(含安全圈)電纜圈數(shù)≤8圈時(shí))，分段電機(jī)尾部的制動(dòng)器中的1臺(tái)制動(dòng),另1臺(tái)打開；電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)>8圈 ,距電纜坑約58米內(nèi)，制動(dòng)器均關(guān)閉。工作時(shí)，根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電纜實(shí)際受力情況調(diào)整卷盤的電纜分段圈數(shù)。

4 結(jié)論

引入檢測(cè)導(dǎo)向輪壓力傳感器實(shí)施檢測(cè)電纜張力裝置后，門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)和電纜磁滯耦合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換，匹配了大車行走機(jī)構(gòu)和磁滯耦合器二者工況，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，在持續(xù)工作情況下，既保證了對(duì)電纜及裝置的保護(hù)，也避免了頻繁出現(xiàn)故障而停機(jī)。自動(dòng)化程度的提高，省去了一名兼職供電裝置看護(hù)工。目前該方案及裝置在試驗(yàn)單位取得了推廣使用。