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        門座式起重機全自動磁滯耦合器研究

        2021-04-25 12:22:08李勝永何翠芳寧海洋
        機電元件 2021年2期
        關(guān)鍵詞:卷盤大車制動器

        李勝永,何翠芳,寧海洋

        (江蘇航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南通,226010)

        1 引言

        門座式起重機電纜卷盤供電裝置由地面供電控制箱、電纜錨定裝置、電纜溝、導(dǎo)向架、動力驅(qū)動幾系統(tǒng)和電纜卷盤組成。電纜卷盤經(jīng)歷了重錘式、力矩馬達式和磨擦片式電纜卷盤,目前普遍使用的是磁制式電纜卷盤[1-2],原因在于該類型電纜卷盤近似恒力矩驅(qū)動,電動機單方向運轉(zhuǎn),可堵轉(zhuǎn),力矩可調(diào),不需要附加制動器,結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠,迅速成為當(dāng)前最為理想的電纜卷繞裝置。

        2 存在問題與分析

        電纜卷盤的驅(qū)動電機單方向工作,其工作方向是收回電纜方向,在門座式起重機大車行走遠離電纜錨位時,電纜由電纜卷盤收回電纜,如圖1所示。而起重機在駛離錨位時,電動機通電相序不變,靠大車行走的拖拽力作用在電纜導(dǎo)向裝置,使得電纜卷磁滯驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩,而釋放電纜[3],如圖2所示。在控制系統(tǒng)中,電纜卷盤和大車行走機構(gòu)同步工作。無論哪種情況磁滯式電纜卷盤均為恒轉(zhuǎn)矩輸出,但是在收纜情況下,隨著收纜電纜層數(shù)增多,作用力半徑增大,則電纜卷盤切向拉力隨之減小,最大值在大車行走機構(gòu)達到電纜錨位時[4-5]。同樣道理,在釋放電纜時,大車施加的切向拉力也隨著電纜層數(shù)的減少而逐漸增大,大車的拖拽所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大于磁滯驅(qū)動器的扭矩時才能正常工作。因此,釋放電纜過程要比收纜過程產(chǎn)生的電纜拉力(電纜重力)更大。較大的拉力經(jīng)常使得電纜錨定裝置[6]、電纜和端子回路造成損毀。隨著電纜卷盤故障,電纜溝摩擦力等因素的加入,安全隱患較大,據(jù)不完全統(tǒng)計,60%以上的緊急停車都是由電纜卷盤供電裝置造成的。

        圖1 收纜情況

        圖2 釋放電纜情況

        3 解決方案

        3.1 檢測電纜拉力,引入極限限位開關(guān)

        此方案的工作原理如圖3所示。在鋼絲繩導(dǎo)向架上安裝拉力檢測機構(gòu)和限位開關(guān),隨著鋼絲繩拉力增大,導(dǎo)向輪帶動彈簧向壓力方向移動,觸發(fā)極限限位開關(guān),反饋至電氣控制系統(tǒng),大車運行停止,保護電纜并發(fā)出報警。

        該裝置可以有效防護電纜和供電裝置安全,簡單,易行,可以通過拉力調(diào)節(jié)裝置有效保護電纜。但是,這種方法可以有效起到保護作用,沒有根本上解決大車運行和磁滯式電纜卷盤間的匹配問題。

        圖3 極限纖維開關(guān)保護措施

        3.2 檢測電纜壓力,引入壓力傳感器

        此方案工作原理如圖4和圖5所示,電纜在導(dǎo)向架內(nèi)運行時,通過導(dǎo)向輪將電纜拉力傳遞給“S”型壓力傳感器,將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號,并送到A/D轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳送到控制器件,控制器將輸入的電纜拉力數(shù)字量和控制系統(tǒng)運行狀況信息進行綜合分析,匹配大車運行和磁滯電纜卷盤運行信息,進而調(diào)整電纜鋼絲繩張力,可以避免頻發(fā)停機故障,從根本上緩解電纜張力過大帶來的問題。

        圖4 引入壓力傳感器保護措施

        圖5 信號傳遞過程

        4 實施后具體案例

        某型號門座式起重機大車動力電纜卷盤運行工況:大車行走速度30m/min,加速時間6s,電纜卷盤的中心高度距電纜槽高度為8m。電纜最大直徑φ58mm,自重3.935kg/m。整機供電10KV/131A。

        大車電纜卷盤驅(qū)動機構(gòu)中含有2個磁滯聯(lián)軸器加電機(磁滯聯(lián)軸器出廠設(shè)定力矩6。5~7Nm)。每個電機型號(QAEJ90L6A),功率均為1.1Kw,極數(shù)6級,,電壓380V/50Hz,電機尾部帶LENZE電磁制動器,制動器電壓為單相220V。如圖6所示。

        圖6 磁滯電纜卷盤執(zhí)行機構(gòu)

        門座式起重機動力驅(qū)動機構(gòu)中有1個凸輪限位與卷盤聯(lián)動,凸輪限位內(nèi)含有6片凸輪片(3片90度、3片尖角)。導(dǎo)纜架中有兩個方向限位,1個過緊限位,過緊限位接合方向限位能檢測出大車在哪個方向上的電纜過緊動作。1個預(yù)松限位不起作用,電纜張力實時監(jiān)測,并傳送給門座式起重機控制系統(tǒng)中。

        整個大車行程中的關(guān)鍵點位置:終點(±10M)、電纜坑位(±3m)由凸輪限位和張力極限比較指令檢測。中點(0m)由兩個方向限位,凸輪限位組合和極限比較指令檢測。

        實施壓力傳感器檢測電纜張力后具體控制過稱為:

        (1)當(dāng)大車處于靜止?fàn)顟B(tài)時

        所有電機均不運轉(zhuǎn),制動器全部制動。當(dāng)大車向電纜坑行走時,電纜卷盤轉(zhuǎn)動,收取電纜: 大車行走機構(gòu)啟動應(yīng)滯后電纜卷盤裝置啟動0.3秒;大車行走停止運行后,電纜卷盤應(yīng)延遲2秒再停;延時時間應(yīng)根據(jù)電纜在實際的受力等情況可進行調(diào)整。

        (2)大車在收取電纜時

        電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)≤8圈 ,距電纜坑約58米外由一臺電機驅(qū)動,另外一臺電機關(guān)閉,但所有電機的制動器均應(yīng)打開;電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)>8圈 ,距電纜坑約58米內(nèi),由全部電機驅(qū)動,所有電機的制動器均應(yīng)打開;工作時,根據(jù)壓力傳感器檢測現(xiàn)場電纜實際受力情況調(diào)整卷盤的電纜分段圈數(shù)。

        (3)當(dāng)大車向終點行走時,電纜卷盤放纜

        大車背向電纜坑行走時,電纜卷盤放出電纜,此時所有電機都不運轉(zhuǎn)。當(dāng)大車離電纜坑~58米外(儲纜盤(含安全圈)電纜圈數(shù)≤8圈時),分段電機尾部的制動器中的1臺制動,另1臺打開;電纜卷盤的電纜卷數(shù)(含安全圈3圈)>8圈 ,距電纜坑約58米內(nèi),制動器均關(guān)閉。工作時,根據(jù)壓力傳感器檢測現(xiàn)場電纜實際受力情況調(diào)整卷盤的電纜分段圈數(shù)。

        4 結(jié)論

        引入檢測導(dǎo)向輪壓力傳感器實施檢測電纜張力裝置后,門座式起重機控制系統(tǒng)和電纜磁滯耦合器驅(qū)動系統(tǒng)進行了數(shù)據(jù)交換,匹配了大車行走機構(gòu)和磁滯耦合器二者工況,實現(xiàn)了全自動動態(tài)調(diào)整,在持續(xù)工作情況下,既保證了對電纜及裝置的保護,也避免了頻繁出現(xiàn)故障而停機。自動化程度的提高,省去了一名兼職供電裝置看護工。目前該方案及裝置在試驗單位取得了推廣使用。

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