沈增輝

摘要：電氣差動式卸船機具有其他類型卸船機所不具備的優(yōu)點， 已經(jīng)被越來越多的用戶所重視。但是， 由于要將原來由復(fù)雜龐大的機械差動減速箱實現(xiàn)的功能改用電氣差動的方法來實現(xiàn)， 對電氣控制系統(tǒng)的要求較高。由于四卷筒是由 4個電機來分別驅(qū)動的， 所以其同步功能的實現(xiàn)顯得特別重要。

關(guān)鍵詞：電氣差動；調(diào)速控制；同步

一、常規(guī)的機械差動卸船機

機械四卷筒結(jié)構(gòu)是法國 Caillard公司開發(fā)的技術(shù)， 其結(jié)構(gòu)形式為： 起升電機、閉合電機與小車行走電機通過 2臺特殊設(shè)計的行星減速器組合裝配，用來驅(qū)動 4個卷筒。同側(cè)的 2個卷筒分別繞出 2根鋼絲繩， 然后分別繞過橋架頭部和尾部的改向滑輪繞向抓斗小車， 再通過抓斗小車上的改向滑輪固定在抓斗上。抓斗起升、閉合、小車行走功能都通過這4個卷筒來實現(xiàn)， 通過 2臺行星減速器內(nèi)圈、外圈的差動實現(xiàn)各種動作組合，起升鋼絲繩的 2個卷筒和開閉鋼絲繩的 2個卷筒分別由 1套龐大的行星減速器來驅(qū)動， 小車機構(gòu)驅(qū)動通過一根浮動軸將 2個行星減速器連接起來實現(xiàn)驅(qū)動。針對不同機型， 這套行星減速器都必須專門設(shè)計， 設(shè)備的通用性不好， 檢修維護時間較長， 同時由于受行星減速器尺寸的制約，維護空間非常有限， 不利于日常檢修。四卷筒卷揚機行星減速器由于需要差動， 當抓斗小車運行時， 雖然起升電機和閉合電機靜止不動，但有一個很大的惰轉(zhuǎn)能量在起升和閉合外齒圈之間流動。設(shè)計時必須考慮， 所以整個行星減速器相當笨重。由于起升、開閉、小車都是由單獨的電機驅(qū)動， 所以四卷筒的同步功能可通過分別控制好單獨的電機來實現(xiàn)。

二、電氣差動卸船機

機械差動式卸船機需要龐大的行星差動減速器， 其制作及維護成本都很高， 為此， 在機械差動四卷筒牽引小車技術(shù)的基礎(chǔ)上， 利用先進的電氣調(diào)速控制技術(shù)， 研發(fā)出電差動四卷筒牽引小車卸船機。這種卸船機機器房內(nèi)設(shè)置 4臺相互獨立且相同的卷揚機構(gòu)， 每臺卷揚機構(gòu)都由交流變頻電機驅(qū)動， 每個卷筒卷繞 1根鋼絲繩。2根鋼絲繩通過前大梁端部的滑輪繞到抓斗小車， 另 2根繩通過后大梁端部的滑輪繞到抓斗小車， 采用這種結(jié)構(gòu)形式解決了機械差動式卸船機存在的諸多問題， 但它的電氣控制系統(tǒng)比常規(guī)機械差動卸船機的電控系統(tǒng)要復(fù)雜得多， 實現(xiàn)四卷筒的同步是關(guān)鍵。

1.控制系統(tǒng)設(shè)計研究

1.1電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計： 包括四卷筒電機驅(qū)動變頻器、PLC控制系統(tǒng)選型、位置檢測編碼器以及鋼絲繩負載重力傳感器的選型， 控制網(wǎng)絡(luò)組態(tài)， 控制柜及操作臺設(shè)計。

1.2四卷筒同步功能研究： 對于抓斗起升 /下放動作 （即沒有抓斗打開 /閉合， 沒有小車移動 ）， 所有4個抓斗驅(qū)動裝置都同步， 以完全相同的速度和相同的卷繞或釋放方向運行。對于抓斗打開 /閉合動作 （即沒有抓斗起升 /下放， 沒有小車移動 ）， 只有 2個開閉驅(qū)動裝置同步，以完全相同的速度和相同的卷繞或釋放方向運行，而起升驅(qū)動裝置保持靜止。對于小車橫移動作 （即沒有抓斗起升下放， 沒有抓斗打開 /閉合 ）， 所有 4個抓斗驅(qū)動裝置同步以完全相同的速度運行， 但前驅(qū)動裝置按合適的卷繞或釋放方向運行， 而后驅(qū)動裝置以相反的方向運行。對于抓斗同時起升 /下放、打開 /閉合和小車橫移等更復(fù)雜的動作， 對每個抓斗驅(qū)動裝置的精確速度和方向進行持續(xù)的計算以提供需要的結(jié)果。

1.3鋼絲繩防松和起升開閉負載均衡研究： 通過實時讀取四卷筒 4根鋼絲繩的載荷， 通過專門的算法來防止單根鋼絲繩松弛和保證起升開閉負載均衡。

1.4抓斗自動沉降功能研究： 為了使抓斗在物料上閉斗時能夠自動沉降， 抓取足夠的物料， 采取轉(zhuǎn)矩控制模式。

1.5半自動和抓斗防搖功能研究。

2.同步功能實現(xiàn)

在抓斗部分打開或完全打開并在無開閉動作的狀態(tài)下， 為保證抓斗在提升和下降過程中不會自行關(guān)閉或打開， 需要對起升和開閉機構(gòu)進行同步控制。對于常規(guī)卸船機， 可計算抓斗在打開狀態(tài)下起升和開閉機構(gòu)的位置差異值， 并將此值作為同步控制中的基準值， 在程序中自動記憶。當抓斗提升或下降時， 實時計算起升和開閉機構(gòu)的位置差異值并與上述基準值比較， 若位置差值大于基準值， 則調(diào)整開閉機構(gòu)的速度給定值， 以將位置差異調(diào)整到基準值。

電差動四卷筒卸船機起升和開閉機構(gòu)的同步控制分為兩個部分： 一部分是抓斗無開閉動作， 保證抓斗開度不變， 只有起升和小車復(fù)合運動的四卷筒同步； 另一部分是抓斗無起升動作， 保證抓斗起升高度不變時的四卷筒同步。當抓斗無開閉動作時， 以動作前抓斗的開度值作為基準值， 在起升和小車動作時， 比較抓斗實時開度和基準值之間的偏差， 并且結(jié)合當前起升及小車的速度給定值及反饋值， 判斷各種工況， 實時計算相應(yīng)機構(gòu)的同步調(diào)整值并疊加到速度給定值中， 調(diào)節(jié)相應(yīng)機構(gòu)電動機的轉(zhuǎn)速， 以實現(xiàn)起升和小車復(fù)合運動的四卷筒同步運行。當抓斗無起升動作時， 以動作前抓斗的高度值作為基準值， 用同樣的方法來實現(xiàn)抓斗起升高度不變的四卷筒同步運行。

3.研究方法及設(shè)計原則

電差動卸船機由于要用電氣差動的方法來實現(xiàn)機械差動齒輪箱的功能， 所以程序結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。它包括 8 個子程序模塊。每個子程序功能都實現(xiàn)模塊化設(shè)計， 對外都實現(xiàn)功能封裝， 通過主程序調(diào)用， 可以適應(yīng)不同機型8個子程序功能模塊包含具體的計算， 主要功能如下：

3.1速度給定控制模塊。通過操作主令、控制按鈕采集輸入信號， 采用專用計算模塊計算積分值， 保證輸出平滑。

3.2四卷筒鋼絲繩載荷計算模塊。通過四卷筒鋼絲繩滑輪高精度重力傳感器采集載荷信號， 采用專用計算模塊計算每根鋼絲繩的受力。

3.3四卷筒位置計算模塊。通過四卷筒低速端絕對值編碼器采集獨立卷筒位置信號， 由專用計算模塊得出抓斗和小車位置值。

3.4位置校正和極限檢測模塊。每個循環(huán)周期對抓斗和小車位置值進行檢測， 防止位置值丟失。

3.5四卷筒同步控制模塊。通過專用模塊保證抓斗和小車動作時的四卷筒動作協(xié)調(diào)和同步。

3.6負載均衡控制模塊。保證抓斗帶載提升時 4根鋼絲繩受力均勻， 同時不開斗灑料。

3.7防搖控制模塊。計算抓斗搖擺周期， 通過專用功能模塊防止抓斗搖擺。

3.8半自動軌跡控制模塊。計算抓斗最優(yōu)的半自動軌跡。

三、結(jié)束語

橋式抓斗卸船機主要有牽引式主輔小車卸船機、自行小車式卸船機、機械差動四卷筒卸船機和電氣差動四卷筒卸船機幾種形式其中自行小車式及主輔小車形式的卸船機已逐步退出了市場。電氣差動四卷筒牽引小車卸船機是在機械差動四卷筒牽引小車卸船機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 其技術(shù)較為先進。

參考文獻：

[1]張奇興.四卷筒牽引橋式抓斗卸船機[J].港口裝卸，1999（6）.

[2]彭傳圣，范翠玉.橋式抓斗卸船機的新發(fā)展[J].港口裝卸， 1999（3）.