浅析吊具电缆卷取装置的控制方式
发布时间：2023-09-22 01:34:54
维普资讯http://www.cqvip.com港口科技动态・港口机械 浅析吊具电缆卷取装置的控制方式 宁波港北仑第二集装箱有限公司 任建乔 摘要：对集装箱岸边起重机的吊具电缆卷取装置进行了简单的介绍，并对主要的两种控制 方式：磁滞联轴节（速度滑差）方式和直接力矩控制（ＤＴＣ）方式的工作原理和实现过程进 行了分析，讨论了各自的优缺点与发展趋势。 关键词：集装箱 吊具电缆卷取装置磁滞联轴节ＤＴＣ 动和大风天气作业。 随着全球各港口集装箱吞吐量的不断攀升， 为了使岸桥的吊具电缆能更适合现代化集装 各集装箱码头公司对装卸效率要求越来越高。作 箱码头的作业需求，现已开发了有动力的吊具电 为承担集装箱水陆位移的集装箱岸边起重机（简 缆卷取装置。这种装置安装在岸桥的小车架上， 称岸桥）向着更快速、更安全、更高效的方向设计 在吊具快速升降中，吊具电缆能以一种较好的张 与发展。吊具电缆是指连接岸桥的集装箱吊具与 紧状态跟随着吊具同步收放，起到保护电缆的目 司机室或小车架的一根多芯电缆，用于给吊具提 的，同时，通过集电环将动力电源、控制信号等传 供动力和控制吊具的各种动作。吊具电缆卷取装 送给吊具。一般而言，按吊具电缆在卷取装置上 置早期采用传统的储缆框形式，如图ｌ所示。 的排列形式分为两种：单层多排（卷筒）和多层单 ：小车絮 排（卷盘），控制方式一般为力矩控制，通常采用 的有磁滞联轴节（速度滑差）方式和直接力矩控 制（ＤＴＣ）方式。 吊具电 ／ 、 ／ －７ ／ Ｌ／一 — ｌ 毓＾ 一一＼ ｌ — ： ，一： ｔｌ 、 Ｉ、 。 图１传统的储缆框形式 图２磁带联轴节的基本结构图 这种吊具电缆卷取装置结构简单，吊具电缆 磁滞联轴节是一种具有综合优良性能的传动 依靠自重盘人储缆框并提供张紧力，无需外部动 装置，其基本结构如（图２）所示。核心部件由一 力，但随着岸桥起升高度增加，尤其是吊具在钢丝 个永磁盘和一个感应盘组成，二者相对布置并留 绳牵引下快速升降的过程中，由于吊具前后摆动 有ｌ一２ｍｍ的空气间隙。永磁盘上分布着数块极 或风大等原因，吊具电缆极易跑出喇叭口，从而造 性交替变化的磁钢，从而在感应盘上形成了一个 成电缆损坏，甚至断裂，严重影响岸桥的性能与正 复杂的极性交替变化的磁场。当永磁盘与感应盘 常工作。因此，这种方式很难适应吊具的快速运 之间有相对转动时，感应盘磁场的变化总是滞后 ・２Ｏ－
维普资讯http://www.cqvip.com于永磁盘磁场的变化，从而产生一个磁滞力矩以 阻止它们之间的相对转动，即实现了“磁联接”； 当磁滞力矩不足以阻止它们之间的相对转动时， 则永磁盘与感应盘产生滑差，因此磁滞联轴节具 有输出转矩恒定和过载时打滑的特点。当磁滞联 轴节应过载而打滑时，感应盘相对于永磁盘转动 并切割磁力线。产生一定的涡流热量，尤其是当相 对滑动速度较大（ ３００ｒｐｍ）时，磁滞联轴节会在 短时间内产生大量的热量，从而烧坏内部轴承和 零件，缩短了其使用寿命。 图３磁滞联轴节方式的电缆卷取装置示意图 ｌ ｌ Ｌ：ｆｖ ｔ‘ Ｉ幽 ：ｈ 图４电缆受力示意图 港口科技动态・港口机械 （图３）是采用磁滞联轴节方式的吊具电缆卷 取装置示意图。主要由驱动器、带制动器的电机、 磁滞联轴节、减速箱、电缆卷盘、集电环和限位等 组成。（图４）为吊具电缆卷盘的受力情况示意 图。当岸桥主起升机构带动吊具以一定的速度Ｖ 从位置Ｉ上升到位置Ⅱ过程中，岸桥主ＰＬＣ同时 给予吊具电缆卷取装置驱动器一定的速度指令， 并打开电机制动器，驱动电机，电机则通过磁滞联 轴节，与减速箱的输入轴产生一定的转速差，并将 力矩传递给减速箱，最后带动整个电缆卷盘转动， 使吊具电缆保持一定的张力，并跟随吊具上升而 收卷。其中限位的目的用于限制卷盘过卷或过放 吊具电缆，而造成意外损坏。驱动器的速度参考 指令由岸桥主ＰＬＣ根据吊具的高度与起升机构 的速度，结合电缆卷取装置的机械特性进行计算 给出，因为随着吊具的上升，同样的吊具起升速度 下，电缆卷盘的转速就要减小，而且是一个动态变 化的过程。由于磁滞联轴节在小范围内的速度滑 差，既能保持一定的力矩，又不会过热，因此在具 体应用时，可以将吊具上升速度（线速度）与卷盘 转动速度的关系，按吊具起升高度位置大致分为 几个阶段，并设定相应的比例系数。速度变频器 根据这些条件，输出电机速度控制卷盘转速，达到 卷盘转速始终在小范围内超越吊具实际上升速度 的目的，在保证力矩和减少发热量的基础上，也大 大简化了运算。 吊具上升时电缆受力情况时如（图４）所示， 随着吊具的上升，卷盘中电缆的切入点从ａ位置 向外移到ｂ位置，即半径Ｒ（力臂）增大，在卷盘 转动力矩不变的情况下，ｂ点的向上拉力就势必 就要减小。但由于电缆从位置Ｉ到位置Ⅱ后，空 中悬挂部分的吊具电缆长度Ｌ减小，在ｂ点承受 的电缆重力就减少，相应地在吊具上ｈ点的向上 力Ｆ变化量就小，从而达到在吊具上升过程中保 持吊具电缆张力较为恒定的目的。这也正是这种 方式都采用电缆卷盘而不采用电缆卷筒的主要原 因。 当吊具低速下降时，电缆卷盘的电机驱动器 没有输出，电机制动器不打开，吊具向下拖动吊具 电缆，卷盘克服磁滞阻力而反向转动，但也始终保 持了一个拉紧电缆的力，吊具运动停止时，磁滞阻 力也能较好地“锁住”卷盘转动；当吊具高速下降 时，与吊具起升时同理，卷盘电机驱动器将输出一 ・２１－ 