一種環(huán)鏈電動葫蘆同步控制方法的研究與實現(xiàn)

王炎龍 王姣龍 李劍飛

摘?要：本文對起重行業(yè)中常用的電動葫蘆進行了介紹，分析了電動葫蘆中常用的手電門控制和通過變頻器控制方法的優(yōu)點和缺點，針對實際艦船應用中艙室作業(yè)空間小、起吊高度低、被起吊物尺寸長重心不規(guī)則的特點，采用了一種對兩臺環(huán)鏈電動葫蘆手電門進行改造的方式，實現(xiàn)了通過手操盒對兩臺電動葫蘆進行雙吊點同步起吊控制的目的。通過改造應用達到了理想的使用效果，節(jié)約了采購成本，為電動葫蘆在小空間內(nèi)作業(yè)的同步起吊控制應用提供了一定的參考。

關鍵詞：手電門；變頻器；手操盒；電動葫蘆；同步控制

Research?and?Implementation

of?a?Synchronous?Control?Method?for?a?Chain?Electric?Hoist

Wang?Yanlong?Wang?Jiaolong?Li?Jianfei

The?713?Research?Institute?of?CSSC?HenanZhengzhou?450015

Abstract：This?paper?introduces?the?electric?hoist?commonly?used?in?the?lifting?industry，and?analyzes?the?advantages?and?disadvantages?of?the?control?methods?of?flashlight?gate?and?inverter?in?electric?hoist，aiming?at?the?characteristics?of?small?cabin?working?space，low?lifting?height，long?size?and?irregular?center?of?gravity?of?the?objects?to?be?lifted?in?practical?ship?applications，a?method?of?reforming?two?electric?chain?hoist?flashlight?doors?is?adopted，the?purpose?of?simultaneous?lifting?control?of?two?electric?hoists?by?hand?operating?box?is?realized，the?ideal?use?effect?is?achieved?by?reforming?the?application，the?purchase?cost?is?saved，it?provides?some?reference?for?the?simultaneous?lifting?control?application?of?electric?hoist?in?small?space?operation.

Keywords：flashlight?door；transducer；hand?box；electric?hoist；synchronous?control

電動葫蘆具有結(jié)構輕巧緊湊、操作維修簡易方便等特點，常常作為各類起重機起升機構和小車運行機構使用，是建筑、公路、冶金和礦山等基礎建設工程不可缺少的一種機械設備。常規(guī)電動葫蘆多為單吊鉤起吊重物，但隨著發(fā)展需求在某些特定的工作場合需要雙吊鉤吊物，并要求吊鉤同步起升、下降，特別是隨著國內(nèi)工業(yè)如汽車生產(chǎn)線的發(fā)展，其所需的專用設備雙鉤同步電動葫蘆也產(chǎn)生了很多方案和品種［1］。目前常用的雙吊鉤電動葫蘆有三類：一是采用一個主機在輸出軸上安裝兩套纏繞裝置實現(xiàn)；二是采用兩臺葫蘆，將兩臺電動葫蘆減速器端相對安裝，減速器上加裝一套傳動齒輪及輸出軸，用聯(lián)軸器和中間軸將兩臺葫蘆主軸傳動連在一起；三是采用一根鋼絲繩變固定繩方式為平衡滑輪結(jié)構，用撐桿把兩臺電動葫蘆進行剛性鉸接［2］。這種通過改變機械結(jié)構或者鋼絲繩纏繞方式的雙鉤葫蘆會造成葫蘆電機功率不足和減速器負載增加，降低葫蘆使用壽命。

與鋼絲繩電動葫蘆相比，環(huán)鏈葫蘆在起升高度、運行距離、定位等方面均有優(yōu)勢，同時易于改裝、使用壽命長、潛在風險?。?4］。實際使用中艦船艙室內(nèi)空間狹小，艙室高度較低，被起吊物的尺寸有時較長，形狀以及重心也不規(guī)則，以往的電動葫蘆起吊方式無法滿足使用需求，急需一種成本低、易實現(xiàn)的起吊方式。本文將電動葫蘆的手電門改造為手操盒，通過手操盒上的按鈕和旋鈕控制控制箱內(nèi)的繼電器和接觸器，實現(xiàn)了對兩臺環(huán)鏈電動葫蘆的同步起吊控制，完成了對艙室內(nèi)物體的起吊，并可對其中任意一臺電動葫蘆進行單獨控制以進行多次起吊后產(chǎn)生同步誤差的調(diào)平。

1?電動葫蘆的手電門控制

環(huán)鏈電動葫蘆由錐形轉(zhuǎn)子電動機、傳動機構、鏈輪和電氣控制系統(tǒng)組成，其中電氣控制系統(tǒng)由手電門和電動葫蘆上控制箱內(nèi)的繼電器、交流接觸器等組成。電動葫蘆的錐形轉(zhuǎn)子電動機通常為雙速雙繞組的鼠籠型電動機，電機高速用于起吊運行，低速用于起吊時的定位、對鉤等。手電門上裝有一個緊急停止按鈕和兩個雙擋操作按鈕，雙擋操作按鈕可以同時控制電機的兩個不同轉(zhuǎn)速。

手電門控制電動葫蘆的控制器線路圖如圖1所示，急停開關SB1拔起后接觸器KM1得電，電動葫蘆動力電上電，SB2和SB3為雙擋按鈕，通過操作按鈕控制電動葫蘆以低速或高速進行上升或者下降運行，手電門通過移動電纜和牽引繩懸掛在葫蘆下方隨葫蘆水平方向一起運行。

手電門適用于固定式和手動運行式葫蘆的控制，其特點是小巧、美觀、操作方便［5］。但手電門只能控制單臺電動葫蘆的運行，對于尺寸較長和重心不規(guī)則的起吊物依靠單臺電動葫蘆的單點起吊方式則不能很好地完成起吊任務。

2?電動葫蘆的變頻器控制

變頻調(diào)速技術具有節(jié)能、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、智能化程度高、便于實現(xiàn)復雜控制等諸多優(yōu)點。該技術在各種調(diào)速場合都得到廣泛應用，特別是在起重及提升行業(yè)上應用越來越廣泛［6］。隨著變頻技術的成熟及相關控制技術的發(fā)展，將變頻控制技術用于電動葫蘆在國外已相當普遍［7］。

一臺變頻器可以同時驅(qū)動多臺并聯(lián)的電機同時工作，起重變頻的控制方式通常有4種：U/f閉環(huán)控制、U/f開環(huán)控制、閉環(huán)矢量控制和開環(huán)矢量控制，安裝方式有2種，即端梁安裝方式和隨車安裝方式［8］，采用變頻器可以同時控制多臺電動葫蘆的運行，能夠?qū)崿F(xiàn)對兩臺電動葫蘆同步控制的目的，同時采用變頻器控制能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，可根據(jù)實際使用需求設定工作速度，電機的啟動、制動平緩，減小了對起重機械系統(tǒng)的沖擊，啟動電流小、節(jié)能，缺點就是電動葫蘆可供安裝變頻器的空間較小，需要額外采用電氣控制箱柜，還需解決變頻器及制動電阻的安裝和散熱問題、安全防護問題，另外電動葫蘆使用的電機絕大部分為錐形轉(zhuǎn)子電機，不是變頻電機，這類電機適合于連續(xù)的正弦波電源電壓，而變頻器輸出電壓為斷續(xù)的非正弦波形的脈沖電壓，高次諧波損耗大，效率低，因此需要采用專用的變頻器。采用變頻器的控制方式雖然能夠滿足使用需求，但會帶來安裝空間的問題和采購成本的增加。

3?電動葫蘆的改造手操盒同步控制

針對環(huán)鏈電動葫蘆的手電門控制和變頻器控制的缺點，在不改變兩臺獨立電動葫蘆機械結(jié)構的情況下可利用改造手電門電路的方式控制兩臺環(huán)鏈電動葫蘆，用以實現(xiàn)雙吊點同步起吊工作，即用一個手操盒控制兩臺葫蘆同步完成上升或下降動作。對兩臺電動葫蘆的控制進行改造，手操盒以及部分電路圖見圖2—圖4。

手操盒上設置有急停按鈕、速度選擇按鈕、同步上升、同步下降按鈕、1號葫蘆上升、1號葫蘆下降按鈕、2號葫蘆上升、2號葫蘆下降按鈕。（1）急停功能：急停按鈕拔起后繼電器K1和K2得電，繼電器常開觸點閉合觸發(fā)控制電路中接觸器KM1和KM2線圈得電，此時電動葫蘆1和電動葫蘆2動力電上電；（2）速度選擇功能：操作高低速選擇開關SA進行速度選擇，默認狀態(tài)下為低速，選擇高速擋時繼電器K3得電，繼電器常開觸點閉合觸發(fā)接觸器KM7和KM8線圈得電，此時切換到電動葫蘆高速擋；（3）同步上升功能：當按下同步上升按鈕時繼電器K4得電，繼電器常開觸點閉合觸發(fā)接觸器KM3和KM4線圈得電，此時電動葫蘆1和電動葫蘆2同時上升運行；（4）同步下降功能：當按下同步下降按鈕時繼電器K5得電，繼電器常開觸點閉合觸發(fā)接觸器KM5和KM6線圈得電，此時電動葫蘆1和電動葫蘆2同時下降運行；（5）獨立控制功能：手操盒可對每一臺電動葫蘆進行單獨控制，按下1號葫蘆上升時繼電器K6得電，繼電器常開觸點閉合、常閉觸點斷開，此時只有接觸器KM3線圈得電，電動葫蘆1上升運行，按下1號葫蘆下降時繼電器K7得電，繼電器常開觸點閉合、常閉觸點斷開，此時只有接觸器KM5線圈得電，電動葫蘆1下降運行。同樣可控制2號電動葫蘆單獨上升或下降。

4?改造應用

對兩臺環(huán)鏈電動葫蘆進行改造，去掉兩臺電動葫蘆自帶的手電門，采用手操盒進行同步控制，改造后的環(huán)鏈電動葫蘆運行平穩(wěn)正常，能夠?qū)崿F(xiàn)對兩臺電動葫蘆的同步高速、低速運行控制，并可對其中任意一個電動葫蘆進行單獨的控制，滿足實際使用需求，兩臺電動葫蘆多次運行后產(chǎn)生的升高誤差可隨時直接操控其中一臺葫蘆進行調(diào)整，不需要靠葫蘆末端限位進行調(diào)平。

在圖3雙葫蘆同步起吊控制部分線路圖中1號葫蘆和2號葫蘆需要同時動作，因此變壓器部分的接線TC1和TC2需要保持一致，否則可能導致上電時電動葫蘆發(fā)生誤動作。另外在使用中由于起吊對象的尺寸、重量會有所不同，而雙吊點起吊電動葫蘆的吊點的間隔距離是一定的，可能會發(fā)生起吊偏載的情況，此時可通過調(diào)整其中一臺電動葫蘆的起升高度來保證起吊對象在起吊過程中的平穩(wěn)性，同時為了避免電動葫蘆長時間低速運行觸發(fā)電動葫蘆過熱保護，在使用中需要注意電動葫蘆空載接近吊運對象、吊運對象從地面起吊脫離地面、放置起吊對象接近目標地、起吊對象運行到接近上下極限位置時應采用低速運行，中間起吊過程中應采用高速運行。

結(jié)語

環(huán)鏈電動葫蘆的使用為特種起重作業(yè)，在進行改造設計時還應考慮相應的電氣保護功能，比如，（1）失壓保護：必須；（2）相序保護（缺相保護）：選項；（3）過流保護：選項；（4）電機過熱保護：選項；（5）短路保護：選項；（6）限位保護（單向、雙向）：必須；（7）限載保護（安全離合器機械限載、電流式限載）：必須；（8）互為反向動作之間機械或電氣互鎖保護：必須；（9）操作手柄上按鈕安全電壓保護：必須；（10）制動器未打開保護：選項；（11）電動葫蘆運行自監(jiān)控系統(tǒng)：選項。［9］

針對艦船艙室內(nèi)起吊作業(yè)的使用特點實現(xiàn)了一種通過改手電門為手操盒控制的方式，完成了兩臺電動葫蘆的同步工作，該方式實現(xiàn)簡單，多次運行后產(chǎn)生的同步誤差可調(diào)整，改造成本和采購成本較低，改造后的電動葫蘆工作穩(wěn)定可靠，值得推廣應用。

參考文獻：

［1］于曉東，吳英年.國內(nèi)雙鉤同步起吊電動葫蘆發(fā)展綜述［J］.起重運輸機械，2012（1）：15.

［2］魏兆文.電控雙吊點鋼絲繩電動葫蘆起重機［J］.起重運輸機械，1997，000（007）：1618.

［3］朱立寶.環(huán)鏈葫蘆與鋼絲繩電動葫蘆的比較［J］.山東工業(yè)技術，2015，000（017）：252.

［4］朱長安，李瑞雨.環(huán)鏈電動葫蘆與鋼絲繩電動葫蘆之比較［J］.起重運輸機械，2013，000（008）：9395.

［5］王振華，羅延.德馬格PK型環(huán)鏈電動葫蘆的技術分析［J］.起重運輸機械，1998（08）：1821.

［6］劉玉斌，曹中權.變頻器在CD1型電動葫蘆上的調(diào)速控制應用［J］.防爆電機，2011，046（003）：3940.

［7］蔣峙江.變頻電動葫蘆的技術開發(fā)［J］.起重運輸機械，2002（1）：2829.

［8］于曉燕，于曉東.電動葫蘆應用變頻技術的新探索［J］.起重運輸機械，2014（3）：101103.

［9］趙定元，王小平.國內(nèi)環(huán)鏈電動葫蘆需要改進的幾個技術問題［J］.起重運輸機械，2014（12）：5357.

作者簡介：王炎龍（1989—?），男，漢族，河南駐馬店人，碩士研究生，工程師，主要從事彈藥貯運系統(tǒng)的研究工作。