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全变频吊具电缆卷盘在起重机上的应用

变频式吊具电缆卷盘在岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)上使用,不受电缆自重、起升高度、吊具加速度等限制,驱动装置采用单台变频电机,机械硬性连件,速度响应灵敏,适应性强,可在高负载下全日制连续工作,性能稳定。同时通过先进的矢量控制技术,在速度控制的模式下作动态的转矩限定这一控制方式。

1  全变频吊具电缆卷盘

吊具电缆卷筒的性能直接影响到岸桥的工作效率和可靠性。吊具电缆卷筒采用单排多层缠绕的卷盘来收储电缆,电缆卷筒机构主要由变频调速电机、制动器、减速器、卷盘、吊具集电器、编码器、电控系统等组成。PLC通过拾取吊具的起升速度、高度位置信息自动计算,给定电机转速,电机通过减速器减速,驱动卷盘运行,在运行过程不断检测吊具电缆的提升速度和力矩,进行实时自动修正,形成闭环控制,确保电缆的速度始终准确地跟随着吊具的实际速度,并使电缆的受力在合理的范围内。

2  全变频吊具电缆卷盘的特点

1)电缆卷筒采用变频控制技术,电缆运动速度始终灵敏地、准确地跟随起升的升降速度。不会发生因电缆与起升的速度差异而造成的电缆过度受拉或过度松弛。

2)单排多层缠绕的卷盘能有效地导入电缆,电缆能够准确自如地出入电缆槽,即使是大风气候,也不会发生电缆脱槽现象。

3)采用速度闭环控制 力矩动态限幅相结合的控制方式,防止电缆拉力过大,对电缆进行了有效的保护。

3  结构组成

3.1 机械部分

吊具电缆卷盘组成见图1。

图1  吊具电缆卷盘组成

1)卷盘

卷盘由矩形钢管装配而成,平整不变形,采用热浸锌表面处理,不会生锈,卷盘的槽宽可调节。

2)减速器

减速器采用平行轴圆柱斜齿两级减速,标准定型,质量稳定可靠。

3)滑环箱

吊具电缆卷筒的滑环箱内采用品牌碳刷,耐磨寿命长。滑环箱经长期使用证明其运转可靠,检查、接线方便。

4)变频电机

吊具电缆卷筒装置上选用的变频电机为ABB产品,防护等级为IP56,绝缘等级为F级。

3.2 电气部分

1)外围设备构成

外围设备主要有制动电阻器、凸轮限紧限位等。

2)电控柜构成

电控柜主要有变频器(1台),PLC主机(1台),以及继电器、接触器、空气开关等。

3)手动操作盒

设备有1个手动操作站安装于小车架上,位于电缆卷盘旁,用于手动控制和检修。

4)插头插座

在电缆卷盘的中心有1套专用插头插座,从吊具上架过来的吊具电缆先进吊具插头、插座上的线穿过减速器的空心轴进到滑环箱的内环,从司机室过来的线直接拉到滑环箱外环。

4  全变频吊具电缆卷盘工作原理

全变频驱动吊具电缆卷盘电控系统主要同变频器、PLC等自动化控制元件组成,采用驱动领域先进的矢量控制技术,在速度控制的模式下作动态的转矩限幅。起重机运行起升时,通过检测起升高度,换算成电缆圈的半径,把起升动态速度转化成卷盘所需要的转速,同时根据算不同的运动位置对电机的输出力矩作一个限幅,保证起升在任何高度,电缆受到的拉力都在合理的范围内。再加上安装于电缆缓冲器上的张力预警限位,从而达到在动态高速运行时对电缆的多重保护。在起重机作业时,吊具卷筒系统不但可以从起重机主控系统得到实时的起升位置信号,而且也有判断位置的绝对位置编码器装置。所以,即使在主系统的位置信号突然丢失时,也能靠自身的编码器来判断目前的位置,从而又达到冗余控制的目的,见图2。

图2  工作原理示意

5  控制方式及优缺点

5.1 控制方式

采用速度闭环控制 力矩动态限幅结合的控制方式,不仅速度相应快,且电机实际输出速度完全按照PLC给定速度运行,不会存在“飞车”现象,同时在电缆卷盘动态运行过程中,对电机输出力矩实行动态限定,即不同工况会有不同的力矩限定,使运行过程更柔和,无冲击,对电缆也是一种有效的保护。

5.2 全变频吊具电缆卷盘波形图

全变频吊具电缆卷盘波形图见图3。从以上波形可以看出,全变频式吊具电缆卷盘在运行时力矩和电流取决于电缆的卷数、起升的高度以及不同的工况,最大电流和最大力矩都不会超过90%,保证了电缆在任何工况下不会超过其许用拉力,而且跟随效果好。可见速度闭环 力矩动态限幅的控制方式其优越性非常明显。

图3  全变频吊具电缆卷盘波形图

5.3 优缺点

1)全变频闭环控制驱动的吊具电缆卷盘系统简单、准确、可靠,响应速度快,高集成、高智能化,与设备同步性精确,克服了磁滞联轴器的“软特性”,电缆跟随效果好,采用速度控制加力矩限幅相结合控制方式有效的保护了电缆,而且其应用场合不受电缆自重、起升高度、吊具加速度等的限制,任何复杂工况的电缆卷筒均由1台功率不同的变频电动机驱动,整个传动系统转动惯量小,适应性强,可在高负载全日制下连续工作,性能稳定,且维护简单,保养工作量小。

2)全变频吊具电缆卷盘缺点是对调试要求比较高,速度计算精度要求很高。

全变频驱动吊具电缆卷盘由于具有系统简单可靠、控制方式精准、故障少、近乎免维修的特点,因此,产品遍布了世界的各个码头,赢得了用户的好评。

摘自《起重运输机械》2014年第八期  如有维权,请告知删除!