航母及軍艦生產重器:中國創造重型起重機防搖擺控制系統

簡介

航母及軍艦生產重器:中國創造重型起重機防搖擺控制系統

載荷搖擺是起重機搬運物料時出現的固有現象,防止起重機載荷搖擺一直是人們渴望解決的重大難題。在國際上,請關注微 機械公社圈直到90年代才有電氣防搖擺控制的理論報道,在國內起重機電氣防搖擺控制技術研究更是空白。

航母及軍艦生產重器:中國創造重型起重機防搖擺控制系統

集裝箱港口用各種起重機,包括集裝箱岸邊起重機,軌道式和輪胎式集裝箱門式起重機等,工作級別高,運行速度快,對吊具的減搖有很高的要求。 目前集裝箱起重機的減搖系統,不論是機械減搖系統還是電子控制減搖系統,實際應用的效果都不甚理想。集裝箱起重吊具的減搖機構,其技術方案是 :在吊具的上方有左右兩套用於卷繞減搖減搖拉繩的驅動裝置,每套驅動裝置中均包含前後兩個驅動裝置,每個驅動裝置帶動各自捲筒繞入和放出各自的減搖拉繩,兩減搖拉繩呈交叉佈置。 該機構能同時繞入和放出減搖拉繩,利用減搖拉繩的水平拉力起減搖作用。

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該機構由驅動電機經過減速器帶動捲筒,同時設置制動器和單向離合器。 當吊具向一側偏擺時,該減搖拉繩鬆弛而張力卸載,與其交叉的另一側減搖拉繩通過驅動裝置迅速張緊,併產生較大的張力,由於張力鬆弛一側的減搖拉繩與水平有夾角,其水平分力將拽吊具擺回中間位置,從而達到減搖目的。方案缺點在於難以有效地控制其驅動電機和制動器,使一側的減搖拉繩鬆弛,而另一側減搖拉繩迅速張緊併產生較大的張力。 沒有說明控制驅動電機和制動器的方法。 假設存在這種有效的控制方法,其控制系統也會相當複雜,控制比較困難,響應難以達到要求,實施其方案的化費會很高。

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減搖原理

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(兩減搖機構相同,所以只分析一套減搖機構) :兩捲筒以同樣的速度收起或放出減搖拉繩,兩驅動電機同步旋轉,轉速也相同。 因此摩擦制動同步裝置的兩摩擦片同步旋轉,轉速也相同,摩擦制動同步裝置中的摩擦片沒有相對轉動。 此時,電機驅動捲筒對減搖拉繩作正常的收放。當吊具有左右搖晃時,由於設計的減搖拉繩同吊具 11 相連的幾何角度關係,繩收起和放出的速度不等。 由此導致傳動連接摩擦制動同步裝置 12 兩側的驅動電機 1 和驅動電機 2 轉速不等。 因而摩擦制動同步裝置 12 的兩個摩擦片產生相對位移。 摩擦片之間的摩擦力矩,疊加上電機的轉矩後,使相對地放出快(或收起慢) 的一側的減搖拉繩施加較大的拉力 ;而對另一側(相對地放出慢或收起快的一側) 來說,此摩擦片之間的摩擦力矩同其電機的轉矩方向相反,因而在這一側使電機對的減搖拉繩施加較小的拉力(只保持減搖拉繩不鬆弛)。 由於對兩側減搖拉繩拉力差值的方向總是同吊具搖晃的方向相反,使吊具的搖晃停止下來,由此達到吊具減搖的目的。

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減搖機構包括在小車運行方向上並列的一對拉縴驅動裝置,兩裝置轉軸均與小車行進方向垂直,第一拉縴驅動裝置包括 :第一卷筒驅動電機 1,通過齒輪鏈條結構驅動第一卷筒 3,第一卷筒 3 外側的滑輪 5,第一卷筒3 上繞有第一減搖拉繩 7,第一減搖拉繩 7 通過滑輪 5,連接吊具 11 ;第二拉縴驅動裝置包括 :第二捲筒驅動電機 2,通過齒輪鏈條結構驅動第二捲筒 4,第二捲筒 4 外側的滑輪6,第二捲筒 4 上繞有第二減搖拉繩 8,第二減搖拉繩 8 通過滑輪 6,連接吊具 11 ;如圖2所示,第一卷筒驅動電機1的輸出軸上安裝有一個摩擦制動同步裝置12,包括兩個貼合的同向旋轉摩擦片,一個摩擦片輸入傳動連接第一卷筒驅動電機 1 的輸出軸,另一個摩擦片通過鏈條輸入傳動連接第二捲筒驅動電機 2 的輸出軸。 此摩擦制動同步裝置所傳遞的力矩小於驅動電機的最大力矩減去確保減搖拉繩不鬆弛所需的驅動捲筒的最小力矩。 除了裝在兩驅動電機輸出軸之間,摩擦制動同步裝置 12 也可以設置在兩捲筒的轉軸之間。 在安裝時,要使兩減搖拉繩繞入對應捲筒的角度是相反的,這樣,當兩驅動電機運行方向相同,則兩減搖拉繩升降方向相同。

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優點

通過建立載荷搖擺運動的精確數學模型,應用具有自主知識產權的防搖擺控制理論和方法,精確控制起重機運行機構加、減速度的變化,大幅度地消除載荷的搖擺,減搖擺能力達95% 以上。而且該控制系統具有高精度自動定位控制功能,控制精度小於2毫米,達到世界領先水平。

安裝電氣防搖擺控制模塊的起重機具有以下顯著優勢:

√ 有效地消除等待載荷停止搖擺的時間,使起重機的工作效率提高30% 以上。

√ 大幅度地提高起重機作業的安全性,降低對作業區域人員、設備傷害的風險。

√ 使起重機轉變成為“起重機器人”,實現物料搬運全自動控制。

√ 使起重機更易操作,減少對操作員工的培訓時間,減少操作員工的勞動強度。

√ 增加起重機的安全作業空間。

√ 延長起重機的使用壽命。

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