淺析1000t提梁機(jī)天車系統(tǒng)同步控制方法

馮旭 劉培勇 王金祥

摘要：在橋梁架設(shè)施工過(guò)程中，為了滿足預(yù)制整孔箱梁的起吊、移運(yùn)等工況，各種大型搬梁機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)是秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的大型起重搬運(yùn)設(shè)備，考慮吊運(yùn)箱梁方式以及運(yùn)梁工況要求，采用兩臺(tái)天車機(jī)協(xié)同作業(yè)的方式來(lái)工作。為了確保預(yù)制整孔箱梁在起吊、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性，本文針對(duì)此臺(tái)TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)的天車系統(tǒng)的多種運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行研究，分析其同步控制方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：輪胎式搬梁機(jī);CAN總線;多運(yùn)動(dòng)單元;同步控制

中圖分類號(hào)：U41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）04-0000-00

0前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的32m整孔預(yù)制箱梁正在被逐漸代替，40m整孔預(yù)制箱梁憑借其每延米減重、施工跨度大、減少橋墩使用數(shù)量等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在整孔預(yù)制梁中嶄露頭角。其布局簡(jiǎn)潔、成本較低、標(biāo)準(zhǔn)模塊化圖紙生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，這極大地降低了整條線路的成本，節(jié)約了寶貴的土地資源。

隨著智能化水平的不斷提高，各種設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)新發(fā)展，更多的智能化大型起重設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。信息化時(shí)代的到來(lái)意味著數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)共享和信息互聯(lián)，CAN總線、藍(lán)牙、激光測(cè)距等技術(shù)的推廣應(yīng)用，使得多車協(xié)同、同步控制已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的主流。本工程所使用的TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)就是典型同步控制的實(shí)例，如圖1所示。

1主要內(nèi)容介紹

TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)主要用于新建南昌經(jīng)景德鎮(zhèn)至黃山鐵路整孔混凝土箱梁從預(yù)制場(chǎng)臺(tái)座內(nèi)的起吊、場(chǎng)內(nèi)短距離運(yùn)輸（橫向、縱向）以及將混凝土箱梁吊裝到運(yùn)梁車上等工作。

2金屬結(jié)構(gòu)

金屬結(jié)構(gòu)維系著整體設(shè)備的安全穩(wěn)定，是整臺(tái)設(shè)備的承載結(jié)構(gòu)，設(shè)備的最頂部為提梁起升小車，設(shè)備最下部結(jié)構(gòu)為行走大車架，驅(qū)動(dòng)形式為液壓驅(qū)動(dòng)，因其起重量大、承載能力要求苛刻，所以整機(jī)的安全系數(shù)需取較大值，以此來(lái)保證整體設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的安全性和穩(wěn)定性。整體金屬結(jié)構(gòu)主要由主梁、側(cè)橫梁、支腿和大車車架組成[1]。

3液壓系統(tǒng)

TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)由行走閉式回路系統(tǒng)組成。開式回路系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向、頂升、輔助頂升支腿及天車卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行、天車縱移橫移系統(tǒng)等，采用負(fù)載敏感（即壓力-流量需求）系統(tǒng)加電液比例控制系統(tǒng)[2]。靜液壓變量閉式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制整機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整機(jī)壓力整體穩(wěn)定在可控制范圍內(nèi)。

在行走馬達(dá)中為防止液壓系統(tǒng)內(nèi)油壓過(guò)高，可增加液壓控制閥和限壓閥，以便提高整車的安全性、增加整機(jī)控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，其優(yōu)點(diǎn)眾多且安全可靠。

4天車系統(tǒng)同步控制

TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)上有兩臺(tái)天車，采用定點(diǎn)距起吊箱梁。在工作時(shí)，用兩臺(tái)天車同時(shí)起吊，來(lái)完成吊裝工作。

4.1天車系統(tǒng)

天車系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)由液壓驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、動(dòng)定滑輪組、驅(qū)動(dòng)行走組件以及吊具組成。為保證安全卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)有多級(jí)制動(dòng)，分別為高速端雙制動(dòng)以及低速端制動(dòng)。整體安全系數(shù)充足，滿足安全規(guī)范和使用要求。行程限位開關(guān)與液壓鉗盤制動(dòng)器開關(guān)安裝在一起，整機(jī)系統(tǒng)即可檢測(cè)到鉗盤制動(dòng)器的開關(guān)狀態(tài)，由此增加了整機(jī)的安全性能。

每臺(tái)搬梁機(jī)設(shè)有四臺(tái)液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)，分別布置在其主梁兩側(cè)，通過(guò)鋼絲繩導(dǎo)向滑輪、均衡滑輪和起重行車的定、動(dòng)滑輪相連。

4.2同步控制

4.2.1液壓同步控制

同一臺(tái)搬梁機(jī)上的兩臺(tái)天車通過(guò)兩根拉桿機(jī)械耦合在一起，當(dāng)馬達(dá)減速機(jī)通過(guò)鏈條鏈輪驅(qū)動(dòng)天車縱移時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩天車位置的同步性。

每臺(tái)天車上都配有兩個(gè)馬達(dá)減速機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)天車上四個(gè)馬達(dá)減速機(jī)的同步控制，我們選用力士樂(lè)公司的負(fù)載敏感電比例多路閥—M4閥來(lái)控制馬達(dá)AB口油液的換向[3]（如圖2所示）。多路閥具有結(jié)構(gòu)緊湊，壓力損失小的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)閥門的流量大小與方向，三通壓力補(bǔ)償旁通溢流閥放于進(jìn)口閥塊內(nèi)部，在多路閥停止工作時(shí)，則該閥用來(lái)補(bǔ)償主油路流量，此時(shí)其余閥組均處于中位。僅一組閥工作時(shí)，此時(shí)負(fù)載壓力增大導(dǎo)致液壓流量口縮小，整機(jī)會(huì)依據(jù)負(fù)載壓力的不同流量也會(huì)隨之變化。當(dāng)搬梁機(jī)在坡路行駛時(shí)，為確保天車不會(huì)因?yàn)閮A斜而超速，我們?cè)隈R達(dá)AB口增加一個(gè)平衡閥（如圖2所示），其主要起到一個(gè)鎖止的作用。

由于鏈條在松緊程度上可能會(huì)有所差異，因此馬達(dá)減速機(jī)帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的速度會(huì)出現(xiàn)偏差，為了實(shí)現(xiàn)天車速度的同步，我們?cè)贛4閥的LS處加裝一個(gè)直動(dòng)式溢流閥（如圖2所示），在定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，保持液壓系統(tǒng)的壓力恒定[4]。壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入閥后，閥芯底面受到油壓的作用形成一個(gè)向上的液壓力F，當(dāng)進(jìn)口壓力較低時(shí)，液壓力F小于彈簧力時(shí)，閥芯在調(diào)緊彈簧的預(yù)壓力作用下處于最下端，閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)液壓力大于或者等于調(diào)壓彈簧力時(shí)，閥芯向上運(yùn)動(dòng)，閥口開啟，進(jìn)口壓力經(jīng)閥口溢流回油箱，時(shí)閥芯處于受力平衡狀態(tài)[5]。依靠液壓系統(tǒng)中壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，控制閥芯的開啟與關(guān)閉的動(dòng)作，通過(guò)控制流量來(lái)控制速度，從而實(shí)現(xiàn)同步控制。

4.2.2電氣同步控制

電氣系統(tǒng)的組成部分是車電系統(tǒng)和微電控制系統(tǒng)。整個(gè)微電控制系統(tǒng)主要包括3個(gè)節(jié)點(diǎn)，即傳感器節(jié)點(diǎn)、控制器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)外部信號(hào)的收集，并將外部收集的模擬信號(hào)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)傳送給控制器節(jié)點(diǎn);控制器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制，它將傳感器節(jié)點(diǎn)傳遞的實(shí)時(shí)信號(hào)與預(yù)先設(shè)定好的信號(hào)做比較，然后通過(guò)優(yōu)化對(duì)比，輸出一個(gè)合適的信號(hào)出傳遞給執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收來(lái)自控制器節(jié)點(diǎn)的控制信號(hào)，并將通過(guò)控制指令發(fā)送給執(zhí)行結(jié)構(gòu)，如液壓馬達(dá)、多路閥等。通過(guò)二者的反饋，完成各種執(zhí)行元件所需要的動(dòng)作，從而滿足兩臺(tái)天車之間工作過(guò)程中的各項(xiàng)動(dòng)作的同步要求，在控制系統(tǒng)中，駕駛室是整車電氣控制系統(tǒng)的中樞大腦。

根據(jù)工況需求不同，我們也會(huì)做出不同的調(diào)整。其中之一就是兩臺(tái)提梁機(jī)聯(lián)動(dòng)情況，這時(shí)要兩臺(tái)搬梁機(jī)協(xié)同作業(yè)完成吊運(yùn)任務(wù)，因此還要保證不同搬梁機(jī)上天車位置的同步性。我們?cè)诎崃簷C(jī)之間安裝激光測(cè)距儀，將距離參數(shù)信號(hào)通過(guò)CAN總線傳遞給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別液壓馬達(dá)輸出的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這樣在滿足吊點(diǎn)的同時(shí)，保證兩個(gè)天車之間的同步使用，確保它們起升的速度一致，確保起吊安全，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖3所示。

5結(jié)語(yǔ)

該TLMEL1000t輪胎式搬梁機(jī)在使用過(guò)程中，其天車系統(tǒng)同步系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)異，順利完成了預(yù)制混凝土箱梁的吊運(yùn)工作，很好地適用于多種工況，憑借其良好的性能得到了客戶的廣泛認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

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[5] 張宇，王大江.一種工程機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2013（9）：106-110.

收稿日期：2021-03-15

*基金項(xiàng)目：河北省省級(jí)科技計(jì)劃資助（S&T Program of Hebei）項(xiàng)目（20311901D）。

作者簡(jiǎn)介：馮旭（1994—），男，天津人，本科，研究方向：特種工程車輛。

Analysis on the Synchronization Control Method of the Crane System of 1000t Beam Lifting Machine

FENG Xu，LIU Peiyong，WANG Jinxiang

（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd.Hebei Province Heavy Equipment Engineering Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei 066000）

Abstract： In the process of bridge erection facilities， in order to meet the lifting and moving conditions of prefabricated box girder， various large-scale beam moving machines have emerged. The TLMEL1000t tire-type beam moving machine is a large-scale lifting and handling equipment independently developed and produced by Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd. Considering the method of lifting box beams and the requirements of beam transportation conditions， it uses two cranes to work in coordination. . In order to ensure the safety and stability during the lifting and transfer of the prefabricated whole-hole box girder， this time， the various motion units of the crane system of this TLMEL1000t tire-type beam moving machine are studied and the method of synchronous control is analyzed.

Key words： tire-type beam moving machine; CAN bus; multi-motion unit; synchronous control