輪胎式龍門起重機(jī)多功能小車的分析及應(yīng)用

葉建勇曹樂

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

摘要：輪胎式龍門起重機(jī)小車及吊具的功能直接影響著集裝箱裝卸時(shí)的工作效率。鑒于此，主管設(shè)計(jì)并成功實(shí)現(xiàn)一多功能小車方案，現(xiàn)對此進(jìn)行分析和論述。該方案采用不同于常規(guī)的方法來實(shí)現(xiàn)吊具的前后左右平移、左右回轉(zhuǎn)、左右傾轉(zhuǎn)，且達(dá)到了很好的防搖效果(小車停下的兩個(gè)循環(huán)后偏移量±50 mm)。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；輪胎吊；小車；吊具；防搖

收稿日期:2015-04-14

作者簡介：葉建勇(1982—)，男，上海人，工程師，研究方向：港口機(jī)械起重機(jī)輪胎吊。

0引言

輪胎式龍門起重機(jī)(簡稱輪胎吊)在碼頭內(nèi)場作業(yè)中扮演著舉足輕重的角色，而吊具作為輪胎吊的重要功能部件，其功能的齊全性直接關(guān)系到集裝箱在裝卸過程中的作業(yè)效率。

1組成機(jī)構(gòu)

本系統(tǒng)采用雙起升電機(jī)機(jī)構(gòu)，并通過雙起升電機(jī)反向運(yùn)行實(shí)現(xiàn)吊具的左右傾轉(zhuǎn)動(dòng)作，其他功能由一套多功能輔助機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，這套多功能輔助機(jī)構(gòu)由兩個(gè)滑車電機(jī)加兩個(gè)推桿電機(jī)組成，所有電機(jī)均為變頻電機(jī)且兩兩對稱布置，并充分考慮均衡小車重量問題，以減少由于小車跑偏而導(dǎo)致的啃軌問題。

2多功能輔助機(jī)構(gòu)原理

2.1吊具的左右旋轉(zhuǎn)

如圖1所示，當(dāng)前部推桿電機(jī)向左運(yùn)行，前部左側(cè)輔助鋼絲繩(虛線)放松，右側(cè)輔助鋼絲繩(黑色直線)收緊，后部推桿電機(jī)也是同樣原理。那么分析左邊受力情況，有個(gè)向后的拉力，右側(cè)則是個(gè)向前的拉力，從而使下部的負(fù)載形成旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。

圖1　吊具的左右旋轉(zhuǎn)

2.2吊具的左右平移

如圖2所示，同吊具的左右旋轉(zhuǎn)原理類似，當(dāng)前后部推桿電機(jī)同方向同速度運(yùn)行時(shí)，左右兩側(cè)一邊放松一邊收緊，從而形成了左右平移動(dòng)作。

圖2　吊具的左右平移

2.3吊具的前后平移

如圖3所示，前部防搖電機(jī)收緊或放松鋼絲繩(黑色直線)，后部防搖電機(jī)放松或收緊鋼絲繩(虛線)，從而形成了前后平移動(dòng)作。

圖3　吊具的前后平移

2.4小車方向的主動(dòng)防搖功能

如圖4所示，由于鋼絲繩柔性，所以當(dāng)上部機(jī)構(gòu)前后運(yùn)動(dòng)停止后，下面的負(fù)載由于慣性會(huì)有所滯后。那么和上述的前后平移功能原理相同，通過調(diào)整前后部防搖電機(jī)的輸出力矩，使吊載與小車具有相同的加速度，盡快減小擺動(dòng)幅度，從而實(shí)現(xiàn)防搖效果。

圖4　小車方向的主動(dòng)防搖

3現(xiàn)場調(diào)試難點(diǎn)

3.1雙起升同步調(diào)試

由于兩側(cè)起升機(jī)構(gòu)之間沒有物理連接，而且基本上20 mm以上的高度差就會(huì)有較明顯的左右傾感覺，

這就要求本項(xiàng)目具備很高的雙起升電氣同步精度。兩側(cè)起升卷筒都安裝了絕對位置編碼器，檢測兩側(cè)起升位置。采用同西門子運(yùn)動(dòng)控制器SIMOTION D435的同步技術(shù)工藝包類似的算法，用PLC編程控制實(shí)現(xiàn)同步。

調(diào)試時(shí)需要注意兩點(diǎn)：

(1) 附加給定不能過大，以免造成電機(jī)同步時(shí)的機(jī)械沖擊。

(2) 附加給定要和制動(dòng)器關(guān)閉時(shí)的速度閥值相匹配，以免電機(jī)在減速同步時(shí)，由于過高的附加速度而無法正常停止抱閘。

3.2主動(dòng)防搖調(diào)試

防搖電機(jī)正常工作狀態(tài)下采用轉(zhuǎn)矩控制。通過前后防搖電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋，采用經(jīng)典控制理論中應(yīng)用最廣泛的PID控制算法，在保證防搖系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧了系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力。調(diào)試中需要不斷調(diào)整比例及微分環(huán)節(jié)系數(shù)，以獲得滿意的防搖效果。目前防搖效果基本能達(dá)到：40 t負(fù)載，吊具高度4.5 m，小車全速運(yùn)行正常停止，兩個(gè)循環(huán)后擺幅±50 mm。

4分析結(jié)論

從表1可以看出，本方案比常規(guī)的技術(shù)方案在技術(shù)性能指標(biāo)上都有較大的提高，且所有功能都已實(shí)現(xiàn)。

表1　功能技術(shù)指標(biāo)測試效果對比表

目前此方案小車已在用戶碼頭穩(wěn)定運(yùn)行近一年，得到了用戶碼頭方的認(rèn)可和肯定。

[參考文獻(xiàn)]

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