□于守吉

一、精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)產(chǎn)生的背景與目的

OAC 廠房201 大廳雙梁橋式起重機(jī)肩負(fù)兩大功能:一是廠房?jī)?nèi)各設(shè)備的吊運(yùn);二是完成某些設(shè)備的精密裝配。起重機(jī)原大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為雙速運(yùn)行，不能滿足吊裝時(shí)的精密安裝工藝要求。為使吊車大、小車運(yùn)行到達(dá)工作位置時(shí)，改善吊車最終慢速到位的性能，需對(duì)大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)改造，精密裝配時(shí)要求單次位移量0．5mm 左右，運(yùn)行的速度0．5mm/min(即0．03m/min)，但同時(shí)為了非精密裝配時(shí)的吊運(yùn)工作效率，仍需達(dá)到9m/min 左右的運(yùn)行速度。300 倍的調(diào)速比不是常用調(diào)速系統(tǒng)可以達(dá)到的，這項(xiàng)升級(jí)改造如何來(lái)做?在此背景下精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其可實(shí)現(xiàn)單次微動(dòng)運(yùn)行的位移量約0．5mm 可控，以完成精密裝配時(shí)的對(duì)位需要，并同時(shí)保留了平時(shí)9m/min 左右運(yùn)行速度。

二、精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為GB/T3811 -1983《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、JB/T4315 -1997《起重機(jī)電控設(shè)備》和GB50278《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》。

(二)詳細(xì)設(shè)計(jì)描述。

1．運(yùn)作原理。精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)保留了原大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，并增加了大車兩套，小車一套微動(dòng)機(jī)構(gòu)。微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁離合器與原大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)相連，通過(guò)微動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到約0．5mm 可控的位移量，運(yùn)行速度約0．03m/min。吊車正常運(yùn)行時(shí)，離合器打開(kāi)，微動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)脫開(kāi)，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)吊車高速運(yùn)行，增加工作效率。需要精密裝配時(shí)，微動(dòng)機(jī)構(gòu)投入工作，離合器吸合，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)鏈的一部分由微動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)使吊車精密運(yùn)行。此時(shí)需通過(guò)新增的精細(xì)控制專用操作盒的選擇開(kāi)關(guān)，選至微動(dòng)運(yùn)行。正常操作按鈕盒和精細(xì)控制專用操作盒設(shè)置互鎖。

2．理論計(jì)算。

(1)大車。大車運(yùn)行電機(jī)YZD180L -4/24 高速輸出功率P=3kW，高速轉(zhuǎn)速n=1400r/min，減速器速比i=400，車輪直徑D=0．8m，運(yùn)行速度8．8m/min。電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=20．5 Nm，微動(dòng)運(yùn)行速度為0．5mm/s，即0．03m/min 時(shí):運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速×1400 =4．8r/min，所需功率=0．01kw。故所需微動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為4．8r/min，輸出轉(zhuǎn)矩≥20．5Nm。三合一減速電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，所需安裝空間小，安裝方便。故選取MTJ37-YEJ-0．18 -4P-106．38 -M4 -A 三合一減速電機(jī)作微動(dòng)驅(qū)動(dòng)，功率0．18kW，輸出轉(zhuǎn)矩132Nm，輸出轉(zhuǎn)速12 r/min，使用變頻調(diào)速至20HZ，轉(zhuǎn)速4．8r/min，0．07kW。(2)小車。小車運(yùn)行電機(jī)YZD132M1 -4/16，高速輸出功率P=2．2kW，高速轉(zhuǎn)速n =1400r/min，減速器速比i ==6．56m/min，車輪直徑D=0．5m，運(yùn)行速度電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T=9550P/n=15 Nm，微動(dòng)運(yùn)行速度為0．5mm/s，即0．03m/min 時(shí):運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速為n微×1400r/min，所需功率P微×2．2 =0．01kw。故所需微動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出轉(zhuǎn)速為6．4r/min，輸出轉(zhuǎn)矩≥15Nm 三合一減速電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，所需安裝空間小，安裝方便。故選取MTJ37 -YEJ-0．18 -4P -83．69 -M4 -A 三合一減速電機(jī)作微動(dòng)驅(qū)動(dòng)，功率0．18kW，輸出轉(zhuǎn)矩104Nm，輸出轉(zhuǎn)速16 r/min，使用變頻調(diào)速至20HZ，轉(zhuǎn)速6．4r/min，0．07kW。

3．改造范圍。

(1)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)從制動(dòng)輪聯(lián)軸器起整體更換為新的制動(dòng)輪聯(lián)軸器和雙出軸電機(jī)，電機(jī)尾部出軸與微動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁離合器相連(見(jiàn)圖1)，并避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)線槽。

圖1 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

圖2 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

(2)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)從電機(jī)和減速器間聯(lián)軸器起整體更換為新的聯(lián)軸器、雙出軸電機(jī)和帶軸制動(dòng)輪，制動(dòng)輪出軸與微動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)電磁離合器相連(見(jiàn)圖2)。

(3)電氣控制原理及操作。系統(tǒng)經(jīng)改造后，在起重機(jī)日常的常規(guī)應(yīng)用中，與改造前完全相同。當(dāng)需要進(jìn)行精細(xì)運(yùn)行控制時(shí)，先將起重機(jī)以常規(guī)速度運(yùn)行到工作點(diǎn)附近位置，保持系統(tǒng)處于啟動(dòng)待機(jī)狀態(tài)下，換用精細(xì)控制專用操作盒，首先啟動(dòng)精細(xì)控制系統(tǒng)，啟動(dòng)后，精細(xì)控制系統(tǒng)開(kāi)始工作。切斷常規(guī)控制采用的大小車電機(jī)主回路，接通大小車電磁離合器，打開(kāi)原有的大小車制動(dòng)器，接通大小車精細(xì)控制用變頻器，指示精細(xì)控制系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。專用精細(xì)操作盒上可以操控小車機(jī)構(gòu)和大車機(jī)構(gòu)，以極慢速正向或者反向運(yùn)行。操作盒上設(shè)置有:精細(xì)控制啟動(dòng)按鈕、精細(xì)控制停止按鈕、小車前行按鈕、小車后行按鈕、大車左行按鈕、大車右行按鈕、報(bào)警按鈕精細(xì)控制待機(jī)指示燈。

三、精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)的安裝和調(diào)試

(一)安裝步驟(以大車為例)。一是閱圖，熟悉施工內(nèi)容和目的。二是檢查需安裝的設(shè)備是否齊全。將新制制動(dòng)輪安裝于待安裝的大車電機(jī)前端出軸上，將電磁離合器電機(jī)側(cè)的一半裝在電機(jī)尾部出軸上。電磁離合器另一半安裝在三合一減速電機(jī)出軸上，三合一減速器安裝于底座上。三是拆除原大車制動(dòng)輪聯(lián)軸器和另一端齒輪聯(lián)軸器的連接螺栓，拆下補(bǔ)償軸。四是拆下補(bǔ)償軸上電機(jī)側(cè)的聯(lián)軸器裝上新制聯(lián)軸器。五是拆除電機(jī)固定螺栓、螺母并保存。手動(dòng)釋放制動(dòng)器，將前端帶有制動(dòng)輪的大車電機(jī)整體拆除。六是將第2 步裝好的電機(jī)安裝到原底座上，用原螺栓、螺母緊固。七是重新裝上補(bǔ)償軸。八是將第2 步裝好的三合一減速器裝于電機(jī)尾部，粗調(diào)定位后，將三合一減速器底座焊于走臺(tái)上。九是焊縫冷卻后，松開(kāi)三合一與底座的連接螺栓，使用調(diào)整墊片調(diào)節(jié)減速器出軸和電機(jī)尾軸的同軸度后再緊固，經(jīng)百分表測(cè)量同軸度應(yīng)在0．3mm 以內(nèi)(可通過(guò)電磁離合器外圓測(cè)定)。十是按圖紙?jiān)跍p速器兩側(cè)焊定位塊。

(二)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)安裝后進(jìn)行電氣調(diào)試和試驗(yàn)，確保起重機(jī)功能符合要求，主要包括下列實(shí)驗(yàn):目測(cè)檢查、空載試驗(yàn)、互鎖試驗(yàn)、額定載荷試驗(yàn)、速度試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)成功通過(guò)了性能驗(yàn)收試驗(yàn)，通過(guò)百分表測(cè)得單次動(dòng)作位移小于0．5mm。其微動(dòng)運(yùn)行速度約0．03m/min，大車常規(guī)運(yùn)行速度8．8m/min，小車常規(guī)運(yùn)行速度6．6m/min，保證了吊車常規(guī)吊運(yùn)和精密裝配工作的需要。精細(xì)運(yùn)作系統(tǒng)保留了原大、小車機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)，大大節(jié)約了升級(jí)改造的成本和工作量，改造施工在兩周內(nèi)順利完成，為起重機(jī)的精確定位、低速/微動(dòng)運(yùn)行提供了新的解決方案。

［1］廖常初．S7 -300/400 PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008，第2 版

［2］西門子電氣傳動(dòng)有限公司．SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制使用大全［Z］．版本AG