李永，李鋼強(qiáng)

（河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司，河南 長(zhǎng)垣 453400）

1 前言

國(guó)內(nèi)某電機(jī)制造廠為核電廠制造某類電動(dòng)機(jī)，電機(jī)的定子組裝部分要求全自動(dòng)無(wú)人化生產(chǎn)，起重機(jī)負(fù)責(zé)定子硅鋼片上料給機(jī)械手，機(jī)械手疊裝，定子壓圈、沖壓導(dǎo)桶等工裝也需要起重機(jī)自動(dòng)搬運(yùn)。此類電動(dòng)機(jī)目前兩種型號(hào)，電機(jī)廠家定義為M212 型、M213 型。電機(jī)的裝配工藝相同、硅鋼片托盤相同，定子壓圈、沖壓導(dǎo)桶等工裝裝配順序相同，但大小不同。硅鋼片托盤工架、工裝工架位置定位銷允許偏差1mm，所以要求起重機(jī)的重復(fù)運(yùn)行定位精度在1mm 以內(nèi)。河南衛(wèi)華機(jī)械工程研究院接到訂單后，成立工作組，進(jìn)行此臺(tái)起重機(jī)的研發(fā)、試制，最終成功安裝在客戶現(xiàn)場(chǎng)。2016 年10 月9 日完成調(diào)試，至今安全可靠運(yùn)行。此文將對(duì)此種起重機(jī)進(jìn)行總結(jié)、描述，希望能促進(jìn)國(guó)內(nèi)起重機(jī)械行業(yè)專用起重機(jī)的技術(shù)發(fā)展。圖1 是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的一組照片，現(xiàn)場(chǎng)由機(jī)械手、起重機(jī)、工裝架、壓力機(jī)等組成。

2 起重機(jī)的工作流程（如圖2）

上面是起重機(jī)簡(jiǎn)化的工作流程圖，起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，料盤的搬運(yùn)、工裝的搬運(yùn)都是循環(huán)多次作業(yè)，因?yàn)榱媳P有兩種，槽式硅鋼片料盤、扇形硅鋼片料盤。工裝有壓圈、沖壓導(dǎo)桶兩種。另外，地面的每個(gè)工裝架上也設(shè)有光電開(kāi)關(guān)供起重機(jī)判斷是否位置已被占存。

圖1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片

3 起重機(jī)的描述

3.1 硬件

分為機(jī)械部分、電氣部分兩大類。機(jī)械部分主要包括起重機(jī)主梁、端梁、小車等。主要機(jī)械構(gòu)件有主升減速機(jī)、制動(dòng)器、主升電機(jī)，小車運(yùn)行三合一減速機(jī)（含小車減速機(jī)、小車伺服電機(jī)、小車制動(dòng)器）1 套，大車運(yùn)行三合一減速機(jī)（含大車減速機(jī)、大車伺服電機(jī)、大車制動(dòng)器）兩套，大車導(dǎo)向輪兩套，小車導(dǎo)向輪兩套及車輪組組成。大車運(yùn)行齒輪定位編碼器安裝于端量上，小車齒輪編碼器安裝于副梁上。電氣部分包括：各機(jī)構(gòu)運(yùn)行電機(jī)、主升施耐德變頻器1 臺(tái)、大車SEW 伺服驅(qū)動(dòng)器兩臺(tái)、小車SEW 伺服驅(qū)動(dòng)器1 臺(tái)，地面操作臺(tái)，S7-300PLC、遙控器等。

3.2 軟件

起重機(jī)PLC 編程軟件STEP7，觸摸屏（HMI）軟件博圖V14。起重機(jī)的通訊及控制由S7-300PLC(315-2PN/DP)來(lái)完成，與起升變頻器、運(yùn)行伺服驅(qū)動(dòng)器及定位編碼器采用PROFIBUS-DP 通訊，PLC 與觸摸屏及機(jī)械手通訊采用PROFINET,地面操作站內(nèi)設(shè)有交換機(jī)接口。起重機(jī)的軟件組態(tài)及通訊節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖3、4。

圖2

圖3 軟件組態(tài)

圖4 通訊節(jié)點(diǎn)

3.3 起重機(jī)的操作

圖5 地面操作臺(tái)

起重機(jī)有三種操作模式：自動(dòng)運(yùn)行、操作臺(tái)手動(dòng)、遙控操作；起重機(jī)操作上電前要選擇操作方式，地面操作臺(tái)面板上設(shè)有選擇開(kāi)關(guān)，有相應(yīng)文字標(biāo)示，選擇開(kāi)關(guān)打到左邊為自動(dòng)運(yùn)行、打到中間位置為操作站搖桿操作、打到右邊為遙控器操作。操作站上有啟動(dòng)、緊急停止開(kāi)關(guān)，緊急停止蘑菇頭按鈕。在任一種操作方式下，都能緊急停止起重機(jī)的運(yùn)行。圖5 是地面操作臺(tái)。

具體操作流程如下：

（1）自動(dòng)運(yùn)行

選擇運(yùn)行方式開(kāi)關(guān)到自動(dòng)標(biāo)示位置→旋起緊急停止蘑菇頭按鈕→按下啟動(dòng)按鈕（上電綠色指示燈點(diǎn)亮）進(jìn)入到觸摸屏操作界面→觸點(diǎn)上料位置（或等待生產(chǎn)管理系統(tǒng)的上料信號(hào)）→起重機(jī)上料結(jié)束運(yùn)行到?？奎c(diǎn)→等待下步操作或觸點(diǎn)觸摸屏下步操作。

起重機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)，必須在自動(dòng)化生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，否則，及時(shí)打到自動(dòng)運(yùn)行，起重機(jī)也不啟動(dòng)，這是起重機(jī)運(yùn)行路徑規(guī)劃的必要措施，也是重要的安全措施。因?yàn)榉亲詣?dòng)化作業(yè)區(qū)域無(wú)法避免人員、車輛的出入。起重機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，發(fā)生特別情況，可按下面板上暫停紅色按鈕，起重機(jī)將停止運(yùn)行，當(dāng)事件被處理后，可按下綠色自動(dòng)運(yùn)行恢復(fù)按鈕，起重機(jī)將接著上次步驟繼續(xù)運(yùn)行斷點(diǎn)前的工序。圖6 是自動(dòng)化運(yùn)行下的觸摸屏操作開(kāi)發(fā)界面。

圖6 自動(dòng)化運(yùn)行下的觸摸屏界面

（2）手動(dòng)操作

模式開(kāi)關(guān)打到中間位置，即可操作操作桿運(yùn)行起重機(jī)。把操作模式開(kāi)關(guān)打到遙控位置，即可操作遙控器。手動(dòng)操作應(yīng)用在自動(dòng)操作故障時(shí)或起重機(jī)檢修、維護(hù)時(shí)及位置標(biāo)定時(shí)。與普通起重機(jī)的操作相同，不再贅述。

4 起重機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 高精度定位

地面硅鋼片托盤工架、工裝工架位置定位銷允許偏差1毫米，就要求必須控制起重機(jī)運(yùn)行定位精度在1 毫米以內(nèi)。起重機(jī)是笨重的大型機(jī)械設(shè)備，很難做到機(jī)床的定位精度。機(jī)械加工工藝也達(dá)不到如此高的要求。必須通過(guò)電氣控制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。衛(wèi)華機(jī)械工程研究院經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，傳統(tǒng)變頻器速度變化響應(yīng)精度毫秒級(jí)不能滿足要求，并且變頻器無(wú)法做到機(jī)械誤差補(bǔ)償（主要指減速機(jī)齒隙補(bǔ)償），即使如何提高定位裝置的精度，都無(wú)法控制起重機(jī)運(yùn)行的重復(fù)精度控制在1mm 內(nèi)。決定引入伺服電機(jī)、伺服控制器來(lái)完成這一工作。伺服電機(jī)及控制器的速度響應(yīng)精度在微妙級(jí)，并且可以機(jī)械誤差補(bǔ)償。再配以不打滑的齒輪編碼器定位裝置。最終經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)量達(dá)到了1mm 的定位要求，也滿足了實(shí)際應(yīng)用要求。

4.2 防搖擺控制

起重機(jī)吊載鋼絲繩是柔性的，如果吊具在吊取物體時(shí)是搖擺的，無(wú)論運(yùn)行定位精度多高都是無(wú)意義的。必須保證鋼絲繩吊具的定位精度，才是最終需要的結(jié)果。如果采用剛性導(dǎo)柱來(lái)解決這一問(wèn)題，車間高度需要增加，本項(xiàng)目客戶車間不滿足這個(gè)條件。電氣防搖擺最多能把吊具的搖擺幅度降低到2cm 以內(nèi)，為了提高作業(yè)效率，起重機(jī)又不能運(yùn)行到位后無(wú)限期地等待吊具靜止。經(jīng)過(guò)衛(wèi)華機(jī)械工程研究院的研究，決定采取如圖7 的吊具結(jié)構(gòu)。

圖7 吊具落下與起升到頂圖片

起重機(jī)平移運(yùn)行前吊具升到頂部靠導(dǎo)桶固定，避免由于大小機(jī)構(gòu)運(yùn)行引起的吊具擺動(dòng)，平移到達(dá)目標(biāo)位置，吊具下降到目標(biāo)Z 軸位置，通過(guò)采取這樣的方法，成功地解決了定位的問(wèn)題。

4.2 起重機(jī)自動(dòng)化

熟悉了整個(gè)作業(yè)流程，根據(jù)流程編制起重機(jī)的作業(yè)程序。對(duì)于國(guó)內(nèi)大部分起重機(jī)廠家已不是很難的技術(shù)問(wèn)題，此文不再贅述。

5 結(jié)語(yǔ)

起重機(jī)專機(jī)市場(chǎng)，前些年一直被歐洲、日本起重機(jī)廠商壟斷。近年來(lái)國(guó)內(nèi)起重機(jī)廠商開(kāi)始發(fā)力，并且做出了很多成績(jī)。但是與歐洲、日本的起重機(jī)專機(jī)相比，仍有許多不足，如工藝加工水平粗糙、機(jī)械結(jié)構(gòu)笨重、操作不夠人性化，特別是可靠性、平均無(wú)故障時(shí)間這個(gè)指標(biāo)存在很大差距。希望本文能夠?yàn)樽x者帶來(lái)一些啟發(fā)，共同提高國(guó)內(nèi)起重機(jī)專機(jī)的設(shè)計(jì)制造水平。