孫中才

摘 要：門座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)在工作過程中表現(xiàn)出了一些缺陷，為了保障門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的合理性、科學(xué)性，專門針對起升結(jié)構(gòu)提出改造的要求，目的是確保起升機(jī)構(gòu)能夠符合門座式起重機(jī)的要求，提高門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，規(guī)避潛在的起升風(fēng)險(xiǎn)，文章主要以門座式起重機(jī)為研究對象，探討起升機(jī)構(gòu)改造的幾點(diǎn)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：門座式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；改造

中圖分類號：TH213.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0146-02

Abstract： The hoisting mechanism of gantry crane shows some defects in the working process. In order to ensure the rationality and scientific nature of the hoisting mechanism of gantry crane， it puts forward the requirements of upgrading the lifting structure. The purpose of this paper is to ensure that the hoisting mechanism can meet the requirements of gantry cranes， to improve the stability and safety of gantry crane hoisting mechanism， and to avoid the potential hoisting risk. This paper discusses some contents of the reconstruction of lifting mechanism.

Keywords： gantry crane； hoisting mechanism； renovation

門座式起重機(jī)是港口業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)設(shè)備，負(fù)責(zé)運(yùn)輸港口業(yè)務(wù)中的集裝箱，直接關(guān)系到港口業(yè)務(wù)的效益和效率。門座式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了港口業(yè)務(wù)的機(jī)械化，取代了傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)，門座式起重機(jī)工作的過程中最為關(guān)鍵的是起升機(jī)構(gòu)，港口業(yè)務(wù)發(fā)展的過程中對門座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)提出了改造的要求，主要是因?yàn)槠鹕龣C(jī)構(gòu)存在諸多缺陷，增加了門式起重機(jī)在港口業(yè)務(wù)中的工作壓力，所以要改進(jìn)起升機(jī)構(gòu)，優(yōu)化起升機(jī)構(gòu)在門座式起重機(jī)中的應(yīng)用。

1 電控系統(tǒng)改造

起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的電控系統(tǒng)改造中引入了PLC，也就是可編程邏輯控制器，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。PLC具有可靠性、多接口的特征，PLC按照門座式起重機(jī)的運(yùn)行需求驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，采用循環(huán)掃描的方法執(zhí)行起升機(jī)構(gòu)的程序，如：讀取輸入狀態(tài)、刷新輸入緩沖區(qū)、掃描用戶程序、刷新輸出緩沖區(qū)、從輸出接口輸出、循環(huán)讀取輸入狀態(tài)。

門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)改造時(shí)PLC經(jīng)常會(huì)與變頻調(diào)速器結(jié)合，自動(dòng)化的控制起升機(jī)構(gòu)[1]。分析起升機(jī)構(gòu)改造中對PLC技術(shù)的應(yīng)用，起升機(jī)構(gòu)按照PLC的要求改造了起升機(jī)構(gòu)，配置了可用的元器件，同時(shí)設(shè)計(jì)好電路圖與控制軟件，不僅實(shí)現(xiàn)了起升機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化控制，更是提供了監(jiān)控報(bào)警、優(yōu)化管理的方法，簡化了PLC在起升機(jī)構(gòu)中的控制過程?；赑LC的電控系統(tǒng)提高了起升機(jī)構(gòu)的精確性，彌補(bǔ)了電控系統(tǒng)起升控制的不足之處，限制了過載起升的問題，最大化地降低了起升機(jī)構(gòu)的故障發(fā)生機(jī)率。

起重機(jī)起升電控系統(tǒng)中的PLC技術(shù)改造后，實(shí)現(xiàn)了輕載速度快，重載速度慢的功能，從根本上控制了起升機(jī)構(gòu)的功率參數(shù)和運(yùn)行效率，改造后的PLC具有諸多接口，可以根據(jù)通訊協(xié)議為起升機(jī)構(gòu)擴(kuò)充外部設(shè)備，同時(shí)接入優(yōu)化的軟件，保障起升電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。PLC把起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)接入到操作位置的人機(jī)界面中，促使操作人員能夠準(zhǔn)確的獲取起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)，體現(xiàn)PLC在起升機(jī)構(gòu)改造中的實(shí)踐價(jià)值。

2 開發(fā)CAD系統(tǒng)

門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)改造的過程中開發(fā)了CAD系統(tǒng)，CAD系統(tǒng)融合了多種學(xué)科技術(shù)，如計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等、數(shù)據(jù)交換技術(shù)等，主要是按照起升機(jī)構(gòu)的改造需求給出設(shè)計(jì)方法，提高起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行效率[2]。CAD系統(tǒng)在門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的改造過程中提供了可視化的技術(shù)，通過人機(jī)界面模擬起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程，直接在模擬的狀態(tài)下改進(jìn)并評估起升機(jī)構(gòu)，確保起升機(jī)構(gòu)改造后能夠符合門座式起重機(jī)的要求。

門座式起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)專門用于負(fù)責(zé)貨物的提升和下降，起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)的改造過程中朝向優(yōu)質(zhì)、優(yōu)化的方向發(fā)展，提升起升機(jī)構(gòu)在門座式起重機(jī)中的工作水平。門座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)中，核心的組成結(jié)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、取物裝置、卷繞系統(tǒng)，利用CAD系統(tǒng)改造時(shí)提供了人機(jī)界面，從模擬的條件下改造門座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)。基于CAD的開發(fā)系統(tǒng)選擇的是VB.NET程序設(shè)計(jì)語言，專門在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，編寫的程序開發(fā)出了人機(jī)交互界面，人機(jī)交互界面菜單調(diào)節(jié)時(shí)就可以完成起升機(jī)構(gòu)的改造工作。本文以某港口的門座式起重機(jī)為例，分析起升機(jī)構(gòu)改造中CAD系統(tǒng)的有效應(yīng)用。該案例中門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)改造中，CAD開發(fā)系統(tǒng)提供了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法，改造起升機(jī)構(gòu)后驗(yàn)證改造結(jié)構(gòu)是否符合門座式起重機(jī)的要求。

2.1 主參數(shù)

分析該門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的主參數(shù)，如：（1）主提升的起重量是260t，副起升的起重量是65t，副副起升的起重量是15t；（2）主起升的起升速度是10.78m/min，副起升的起升速度是11.8m/min，副副起升的起升速度是12.3m/min；（3）主起升的工作級別是M7，副起升的工作級別是M6，副副起升的工作級別是M5；（4）主起升的起升高度是30m，副起升的起升高度是30m，副副起升的起升高度是30m。

2.2 方案設(shè)計(jì)

CAD開發(fā)系統(tǒng)改造門座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)時(shí)可以分為以下幾個(gè)流程，分別是系統(tǒng)中錄入主參數(shù)、系統(tǒng)中搜索相似的改造案例、明確起升機(jī)構(gòu)的改造方式、計(jì)算出改造后零部件的參數(shù)信息、打印出改造設(shè)計(jì)方案、建立非標(biāo)零件的3D建模、系統(tǒng)內(nèi)保存好設(shè)計(jì)結(jié)果。CAD開發(fā)系統(tǒng)中起升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：（1）CAD主界面系統(tǒng)中輸入起升機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)的參數(shù)信息，設(shè)計(jì)人員把改造要求的相關(guān)參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中的CAD系統(tǒng)內(nèi)；（2）點(diǎn)擊相似案例索引菜單，從界面中查找出相關(guān)的案例，參考案例中的起升結(jié)構(gòu)改造方法，設(shè)計(jì)符合本案例的改造方案，確定出起升機(jī)構(gòu)的布置方法和各類零部件的參數(shù)；（3）起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算界面中，整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中都要解釋好設(shè)計(jì)原理，保障各項(xiàng)文件內(nèi)容的清晰度，不能出現(xiàn)模糊的設(shè)計(jì)內(nèi)容；（4）起升結(jié)構(gòu)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)過程中，確定好相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，合理計(jì)算出傳動(dòng)軸的初選軸徑，調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)對應(yīng)傳動(dòng)軸的應(yīng)用數(shù)據(jù)，核實(shí)傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)剛度以及臨界轉(zhuǎn)速。

CAD開發(fā)系統(tǒng)中通過開發(fā)中的SolidWorks、Word生成起升機(jī)構(gòu)改造中的設(shè)計(jì)文件，同時(shí)根據(jù)零件構(gòu)建出3D數(shù)字化建模，建模中顯示起升機(jī)構(gòu)改造后的設(shè)計(jì)圖，模擬了起升機(jī)構(gòu)改造的過程，供設(shè)計(jì)人員校對、查驗(yàn)。

2.3 設(shè)計(jì)明細(xì)

案例中CAD開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了起升機(jī)構(gòu)改造后各項(xiàng)零件的明細(xì)，具體分析如：（1）鋼絲繩：主起升結(jié)構(gòu)是36NAT6×19W+IWR1770，副起升結(jié)構(gòu)是30NAT6×19W+IWR1770，副副起升結(jié)構(gòu)是18NAT6×19W+IWR1570，主起升支數(shù)是14，副起升支數(shù)是8，副副起升支數(shù)是6，主起升工作拉力是110.3kN，副起升工作拉力是84.1kN，副副起升工作拉力是25.1kN；（2）電動(dòng)機(jī)：主起升功率是2×375kW，副起升功率是132kW，副副起升功率是35kW，主起升電動(dòng)機(jī)是580r/min，副起升電動(dòng)機(jī)是588r/min，副副起升電動(dòng)機(jī)是715r/min；（3）制動(dòng)器：主起升制動(dòng)力矩是4×9000N·m，副起升制動(dòng)力矩是2×5000N·m，副副起升制動(dòng)力矩是2×750N·m。

3 變頻控制技術(shù)

門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)改造中采用變頻控制技術(shù)，以便在低頻狀態(tài)下輸出可以滿足起升操作的輸出扭矩，確保起重機(jī)可以在滿負(fù)荷的狀態(tài)下完成起升操作，變頻控制技術(shù)在起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)到提升、提升到制動(dòng)的過程中均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性控制，防止起重機(jī)過度晃動(dòng)。

3.1 變頻控制

門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中提出了安全性的要求，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到起升機(jī)構(gòu)的電氣系統(tǒng)中積極預(yù)防起升事故[3]。變頻控制在起升機(jī)構(gòu)中的運(yùn)行功能：（1）門座式起重機(jī)的變頻器中輸入正轉(zhuǎn)的啟動(dòng)指令后，輸出的頻率是0，PLC會(huì)主動(dòng)輸出電磁制動(dòng)的釋放信號，在自動(dòng)化的狀態(tài)下消除電磁制動(dòng)，變頻器接到輸出信號后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，促使電動(dòng)機(jī)的速度快速達(dá)到目標(biāo)速度的數(shù)值，起升結(jié)構(gòu)的負(fù)載過重時(shí)，電動(dòng)機(jī)變頻器會(huì)匹配較大的起升力矩，避免出現(xiàn)力矩不足的情況；（2）起重機(jī)起升制動(dòng)期間如變頻器檢測到輸出頻率低于0.5Hz時(shí)，變頻器就會(huì)輸出制動(dòng)信號促使電機(jī)停轉(zhuǎn)，高頻率狀態(tài)下制動(dòng)時(shí)就要通過制動(dòng)器抱閘的方法逐步減速到停機(jī)狀態(tài)，變頻器對起升機(jī)構(gòu)頻率的控制有效預(yù)防了重物掉落的情況，直接采用低頻減速的方法就可以安全停止起升操作；（3）門座式起重機(jī)在運(yùn)輸重物過程中起升機(jī)構(gòu)突發(fā)故障后，此時(shí)PLC結(jié)構(gòu)會(huì)暫停變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)，立即向制動(dòng)器發(fā)送緊急制動(dòng)的指令，在人機(jī)界面的觸摸屏上會(huì)顯示起升機(jī)構(gòu)的故障代碼，由維修人員迅速處理起升機(jī)構(gòu)的故障，操作人員按下故障復(fù)位鍵促使門座式起重機(jī)恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)，PLC復(fù)位變頻器。

3.2 變頻保護(hù)

起升機(jī)構(gòu)改造中的變頻保護(hù)，主要是在實(shí)現(xiàn)變頻控制的過程中落實(shí)保護(hù)措施。起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)變頻改造后的保護(hù)措施，如：（1）上升限位保護(hù)，起升機(jī)構(gòu)到達(dá)最高的位置后，上升限位的開關(guān)有動(dòng)作狀態(tài)，起升機(jī)構(gòu)會(huì)暫停上升，系統(tǒng)安排起升機(jī)構(gòu)下降并恢復(fù)到正常狀態(tài)；（2）下降限位保護(hù)，與上升限位保護(hù)相同，起升機(jī)構(gòu)到達(dá)最低的位置后，下降限位的開關(guān)有動(dòng)作指令，起升機(jī)構(gòu)暫停下降；（3）超載保護(hù)，起升機(jī)構(gòu)不論上升還是下降過程中都可能會(huì)出現(xiàn)超載，變頻保護(hù)中設(shè)置了超載保護(hù)，變頻控制中設(shè)置了限位負(fù)荷，超過限位負(fù)荷起升機(jī)構(gòu)自動(dòng)停止。

4 結(jié)束語

門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)改造后不僅提高了港口運(yùn)輸業(yè)務(wù)，更是維護(hù)了起升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，降低了起升機(jī)構(gòu)的故障發(fā)生機(jī)率。門座式起重機(jī)對起升機(jī)構(gòu)改造有著很高的需求，全面落實(shí)有效的改造措施，優(yōu)化起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，滿足港口業(yè)務(wù)的基本需要，更重要的是體現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)改造的實(shí)踐價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛.5070門座式起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)制動(dòng)改造方案[J].裝備制造技術(shù)，2016（03）：176-178.

[2]金建紅，曾欽堅(jiān)，樂矣天.25t門座起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)改造[J].港口裝卸，2015（06）：31-32.

[3]劉世鋒.M10-25門座式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的改造[J].建筑機(jī)械化，2006（09）：57-58+61.