單手柄差動控制系統在四繩抓斗吊車中的應用

馬 濤

(江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

貴溪冶煉廠備料車間3#精礦庫抓斗吊車支持機構與開閉機構采用的是單手柄差動開關控制系統［1］，差動開關不僅可使抓斗實現開斗快、慢速上升和下降，閉斗快、慢速上升和下降，抓斗各極限位置自動停車，還可自動實現“沉抓”。單手柄操縱桿在固定導槽中運動，司機可以準確地控制抓斗的各種工況。通過控制線路中的轉換開關，可方便地單獨控制支持機構電動機和開閉機構電動機，為快速、安全地更換鋼絲繩創造了條件［2］。

2 差動控制系統簡介

2.1 差動控制系統組成

四繩抓斗差動控制系統，是專門用于四繩抓斗5t-20t橋抓、門抓、裝卸橋中控制支持和開閉電動機工作的一套電氣與機械配合動作的半自動化裝置。系統由差動開關、輔助減速裝置、帶H導槽的單手柄聯動控制臺、控制柜、電阻器、換繩裝置六大部件組成。

2.2 采用差動控制系統的目的

四繩抓斗起重機采用單手柄差動開關控制系統，其目的是使沒有直接連接的開閉機構卷筒和支持機構卷筒的驅動可進一步簡化。不像應用兩個單獨的主令控制器，分別控制抓斗開閉機構電動機和支持機構電動機，要依賴司機的熟練程度進行動作。本控制系統盡最大可能使加在這兩個機構上的電動機的載荷均衡，特別在抓斗沉抓完畢起升瞬間前，一定使支持繩是拉緊的，實現兩個電動機同時工作，能避免抓斗開閉機構電動機過載或燒毀。并防止抓斗開斗下降時閉合繩松弛，使閉合繩從滑輪組中跳出，導致閉合繩纏在滑輪軸上，使閉合繩加快磨損，降低使用壽命。

另外雙主令控制器由單手柄操縱，而且單手柄在一個H型固定導槽中運動，防止司機誤操作，從而也大大減輕了司機的勞動強度。而且可實現抓斗張開和閉合結束后都能自動切斷相應的控制電路，且有上、下限位位置的控制斷電能力。

3 差動控制系統與原控制系統的優缺點比較

3.1 原控制系統的缺點

(1)由于支持機構、開閉機構是獨立控制的，司機的熟練程度決定抓斗在動作時的協調性，所以司機勞動強度大［3］，易疲勞，導致產生事故;

(2)在完成物料抓起、起升的瞬間，由于司機疏忽開閉機構單獨受力，電動機容易過載，從而導致燒毀［4］;

(3)抓斗打開和閉合無極限位置，鋼絲繩容易跑槽，跳出滑輪組，再次動作時，磨損鋼絲繩，縮短使用壽命。

(4)抓斗更換鋼絲繩時，操作人員和鉗工維修人員協調困難，極易出現工傷事故;

(5)下降極限位置不易控制，易過限位行程，導致動作反向。抓斗開斗下降時速度很快，易與料堆或鐵路鋼軌強烈碰撞，從而損壞抓斗和鋼軌;

(6)為實現合適的抓斗工況，司機經常點動操作或打回車，電器元件或電動機經常處于疲勞狀態，降低了元件的使用壽命。

3.2 差動控制系統的特點

(1)抓斗可在任何高度由單手柄操縱桿操縱抓斗的張開和閉合，且會使抓斗張開和閉合完畢后，自動使電動機斷電;

(2)當抓斗升到調整時確定的最高位置，或下降到調整時予置的最低位置時，使系統自動斷電;

(3)當抓斗開斗下降到料堆上時，單手柄操縱桿從開斗下降經過零位放到“起升2”位置時，抓斗能自動實現“沉抓”，抓斗的滿斗率大大提高，當“沉抓”結束后自動提升，從而使生產率顯著提高;

(4)單手柄操縱桿在固定導槽中運動，因此司機控制抓斗工作狀態，準確無誤，大大減輕司機的勞動強度，避免了誤操作;

(5)由于差動開關的控制，支持機構和開閉機構起升時同步運行，避免開閉電動機單獨工作，防止開閉電動機過載或燒毀;

(6)由于差動開關有防松繩措施從而避免閉合繩從滑輪組中跳出;

(7)防止閉合繩單獨受力，延長閉合繩使用壽命;

(8)控制系統有工作位置和調整位置，工作可靠，調整方便;

(9)該系統設有慢速擋，當抓斗張開快速下降距料堆1米左右，將操縱桿放到開斗慢降，防止抓斗和物料強烈沖撞，延長抓斗使用壽命;

(10)本系統全部機構可在司機室內操縱，如需檢修時，將工作狀態轉換到調整位置，司機可小車上用專用換繩裝置進行操作，使更換鋼絲繩安全、方便、快速。這是該控制系統最大突出特點;

3.3 差動控制系統的缺點

(1)差動開關精度要求較高，同時還要改造卷筒出軸，安裝、調試費用較高;

(2)在沉抓條件下，由于支持、開閉兩機構的滑輪比不同，差動開關也難以反映閉斗的準確位置，同時在運行中制動器的松緊會使差動開關積累誤差。所以差動開關的動作位置需要經常調整，增加專業技術人員的負擔;

(3)由于控制系統中，使用的中間繼電器增加，故障點相應增加。

4 差動開關的控制原理

差動控制系統的原理見圖1，開關結構示意圖見圖2。

圖1 開關控制系統原理圖

圖2 開關結構示意圖

4.1 機械部分

(1)抓斗在起升過程中差動開關的支持軸和閉合軸需同步。此時空心軸12、13不動，空心軸14一轉速比4∶1轉動［6］，即軸1每轉4轉相當于軸14轉1轉，支持軸上的主動齒輪5的齒數C1為24，空心軸14上的被動齒輪15的齒數C2為96，其傳動比為:

(2)受開關的結構限制，在抓斗起升的全過程中，支持軸1和開閉軸18的最大有效工作轉數為3轉，對空心軸14的有效工作轉數只能是3/4轉(約270度)(即抓斗打開到抓斗閉合)。

4.2 電氣部分

(1)差動開關的凸輪和接觸組的排列以及內部接線見圖3，此圖中表示的是抓斗閉合并在最高位置時差動開關的工作狀態。

圖3 差動開關凸輪角及其內部接線

(2)差動開關內凸輪及接觸組的作用見表1。

表1 凸輪片的作用及控制

4.3 差動開關的調試步驟［5］

差動開關的調試步驟見表2。

表2 開關調試步驟

5 抓斗工況的控制

采用差動開關后，由于增加了轉子回路電阻，使電動機可以工作在正、反向電動狀態和反接制動狀態，利用附加電阻可以調整支持繩在沉抓時不致太松［6］。

電動機的機械特性見圖4。

5.1 抓斗的慢檔控制

(1)在單手柄差動控制系統中，在支持機構和開閉機構上增加了慢檔動作，這樣可以更好的控制抓斗的行程，使抓斗準確、無誤的完成各工況動作。

圖4 電動機的機械特(機械效率n=0.8)

抓斗在打開慢速下降時，要注意支持和閉合卷筒的制動器應打開，而且不允許有滑動現象。開閉電動機在這種工作方式時被斷電，而它的制動器被打開，因此通過抓斗的自身重量往下拉的作用，使閉合繩往下運動，如果摩擦阻力較大，閉合繩往下運動的行程短，抓斗可能閉合，在這種情況接觸組b21閉合，這時開閉電動機用全部電阻在下降方向接通，阻止抓斗閉合。b21重新打開，使閉合卷筒和支持卷筒轉速一致。假如在b21打開，開閉電動機轉速比支持電動機的轉速高，例如從“下降快檔”轉到“下降慢檔”時打開抓斗行程閉合鋼絲繩松繩，在這種情況下b22打開，使閉合卷筒制動。

要注意的是，b22必須必b21晚些打開，正常情況下b22總是閉合的，只有閉合繩松繩時才被打開。

(2)抓斗在閉合慢速下降時，當轉子接觸器接通時，開閉電動機的電阻值必須和支持電動機的電阻值相等。也就是轉子加速接觸器K442和K441所連接的電阻相同。在這一級工作時滿斗大約以30%的額定速度下降。抓斗抓取物料較少時相應下降速度要小些。

5.2 抓斗的沉抓和自動上升

抓斗的沉抓和自動上升是抓斗閉合慢速上升和閉合快速上升的連續動作，所以要充分了解這兩個動作的機理。這兩種動作時電動機工作狀態如下:

在沉抓時期，支持機構定子接觸器K11接通，使電動機正向接通［6］。支持機構轉子串有全部電阻即工作電阻和附加電阻(如圖5)，這時電動機的特性變得相當軟(如圖4電動機的機械特性曲線中的第1條曲線)。由此可知，這時支持電機處于深度反接狀態，而抓斗又落在物料上，受抓斗及鋼絲繩自重，即可將電動機往抓斗下沉方向旋轉，這時支持繩是松弛的。此時差動開關的工作狀態:b11、b1、b2閉合，b20斷開，而b21、b22在開斗下降到物料堆時應是斷開的，抓斗閉合時是閉合的。

自動提升時期，抓斗即將閉合時，差動開關b20閉合，此時支持電動機由原來處于深度反接轉變為正向電機狀態，切除全部電阻(見圖6)，并與開閉機構同步上升，避免了閉合繩單獨上升的問題。差動開關的調整應使b20在b11打開之前閉合，至于它們的關系要看物料的情況而定。

5.3 更換鋼絲繩

在換繩的時候，為了防止差動開關的內凸輪片變化，在控制回路中有一轉換開關可選擇工作狀態或換繩狀態，此外還設有一個手動控制按鈕盒，供抓斗穿鋼絲繩使用，可以單獨動作支持機構或開閉機構。換繩時需注意以下事項:

(1)司機應將抓斗放至平整的地面上，應使兩個機構的鋼絲繩長度一致;

(2)將差動開關和附加減速器相連的聯軸器脫開，再利用按鈕盒放掉所要更換的鋼絲繩;

(3)用按鈕盒穿好鋼絲繩，并調整到更換前的姿勢(繩的長度一致的姿勢);

(4)連接上脫開的差動開關的聯軸器，此時即可用聯動臺工作;

(5)如有少許出入可用差動開關的微調進行調試，不用每次都打開差動開關的端蓋。

6 結語

四繩抓斗采用差動控制裝置后，通過操作人員的配合，可完全實現自動控制，解決了起升瞬間支持繩不出力的缺陷，避免燒毀開閉電動機，且操作簡便，可降低操作人員勞動強度，提高生產力，增加社會效益與經濟效益。

［1］金國鉅.四繩抓斗單手柄操作的控制操作［P］.中國專利:94247361，1995.

［2］大連起重機械廠.四繩抓斗單手柄操作帶差動開關的控制系統［P］.中國專利:92100762，1993.

［3］鄭盛果.橋式起重機抓斗控制系統的改進［J］.廣西蔗糖，2004(2):22-24.

［4］劉建立.單手柄控制在橋式起重機中的應用［J］.今日科苑，2007(20):56-57.

［5］大連起重電控設備廠.四繩抓斗單手柄操作帶有差動開關的控制系統調試大綱［Z］.1991.

［6］曲而剛，王健明.四繩抓斗差動控制系統［J］.起重運輸機械，1993(3):16-21.