門座式起重機全自動磁滯耦合器研究

李勝永，何翠芳，寧海洋

(江蘇航運職業技術學院，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、導向架、動力驅動幾系統和電纜卷盤組成。電纜卷盤經歷了重錘式、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動，電動機單方向運轉，可堵轉，力矩可調，不需要附加制動器，結構簡單，安全可靠，迅速成為當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向裝置，使得電纜卷磁滯驅動器的轉矩，而釋放電纜[3]，如圖2所示。在控制系統中，電纜卷盤和大車行走機構同步工作。無論哪種情況磁滯式電纜卷盤均為恒轉矩輸出，但是在收纜情況下，隨著收纜電纜層數增多，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的減少而逐漸增大，大車的拖拽所產生的轉矩大于磁滯驅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生的電纜拉力(電纜重力)更大。較大的拉力經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，據不完全統計，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

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

該裝置可以有效防護電纜和供電裝置安全，簡單，易行，可以通過拉力調節裝置有效保護電纜。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，電纜在導向架內運行時，通過導向輪將電纜拉力傳遞給“S”型壓力傳感器，將壓力信號轉換成電信號，并送到A/D轉換器，轉換成數字信號并傳送到控制器件，控制器將輸入的電纜拉力數字量和控制系統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，進而調整電纜鋼絲繩張力，可以避免頻發停機故障，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。

大車電纜卷盤驅動機構中含有2個磁滯聯軸器加電機(磁滯聯軸器出廠設定力矩6。5～7Nm)。每個電機型號(QAEJ90L6A),功率均為1.1Kw，極數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 磁滯電纜卷盤執行機構

門座式起重機動力驅動機構中有1個凸輪限位與卷盤聯動，凸輪限位內含有6片凸輪片(3片90度、3片尖角)。導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個預松限位不起作用，電纜張力實時監測，并傳送給門座式起重機控制系統中。

整個大車行程中的關鍵點位置：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)當大車處于靜止狀態時

所有電機均不運轉，制動器全部制動。當大車向電纜坑行走時，電纜卷盤轉動，收取電纜: 大車行走機構啟動應滯后電纜卷盤裝置啟動0.3秒；大車行走停止運行后，電纜卷盤應延遲2秒再停；延時時間應根據電纜在實際的受力等情況可進行調整。

(2)大車在收取電纜時

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

(3)當大車向終點行走時，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。當大車離電纜坑～58米外(儲纜盤(含安全圈)電纜圈數≤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(含安全圈3圈)>8圈 ,距電纜坑約58米內，制動器均關閉。工作時，根據壓力傳感器檢測現場電纜實際受力情況調整卷盤的電纜分段圈數。

4 結論

引入檢測導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和電纜磁滯耦合器驅動系統進行了數據交換，匹配了大車行走機構和磁滯耦合器二者工況，實現了全自動動態調整，在持續工作情況下，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。