塔吊小車速度控制研究

摘 要:塔式起重機電阻器阻值易受人為和環境因素影響發生改變，導致塔吊小車運行不平穩，影響作業安全。本文在探討速度控制原理的基礎上，通過理論分析、仿真模擬和實驗驗證，給出控制速度變化的策略，繪制相應的工作原理圖，獲得變阻器的阻值計算公式。仿真和實驗結果表明:電阻匹配保證了塔吊小車的運行速度，使塔吊穩定可靠的工作。

關鍵詞:塔吊速度控制電阻器 仿真

中圖分類號:TH213.3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0084-02

1 引言

先進的塔式起重機可實現全變頻無極調速功能，運轉平穩可靠，主要包括三方面運動:垂直起升，前后變幅和左右回轉。蘇晴等人[1]采用模糊控制器方式進行了岸邊集裝箱起重機的防搖及速度控制研究。李春文等人[2]采用多變量逆系統方法進行了起重機升降系統控制研究。齊亮等人[3]基于PLC軟件方法實現了集裝箱裝卸橋小車速度環PI閉環控制。季庸惠[4]在綜合對比基礎上提出了晶閘管變頻調速方法進行起重機速度控制。施江肖等人[5]采用PLC和變頻器控制恒轉矩電機的方法進行塔吊的速度控制和整體性能改善。

塔式起重機長期使用過程中，因維修人員無意碰觸，機械振動或其他環境因素影響，小車速度控制板上的可變電阻器阻值發生變化。阻值變化引起變頻器電壓信號變化，進而影響塔吊小車的行走速度和限位動作，嚴重情況下導致小車沖出起重臂或撞上塔身。本文針對這一問題，對電阻器阻值與速度控制效果的關系進行了研究。

2 速度控制原理及意義

2.1 塔吊速度控制

塔吊吊鉤的起降速度，塔吊小車的運行速度和塔吊起重臂的回轉速度，都通過操作手柄進行控制。操作手柄調節電位器阻值，輸出不同的控制電壓給變頻器，變頻器根據控制電壓的大小，輸出相應的電壓頻率給行走電機，實現各個運動速度控制的目的。其中，電位器電壓由速度控制板供給。通過調節速度控制板供給電位器電壓的大小，可實現速度調節幅度的控制。另外，當操作手柄被扳到最大位置時，如果塔吊運行速度過快，可減小速度控制板供給電位器的電壓值，以降低塔吊運行速度，滿足使用需求。因此，結合操作手柄和速度控制板的雙重調節作用，能準確控制吊車正常運行時的速度調節范圍。本文涉及的塔吊速度信號控制流如圖1所示。

2.2 塔吊小車速度控制原理

塔吊小車工作周期包括小車加速運行、平穩運行和減速運行三個階段。其中，小車運行到接近起重臂頭部或根部時，觸發減速限位信號，進入減速運行階段。小車減速運行一定安全距離后觸發斷開限位信號，實現平穩停車。如果減速運行時的速度比較大，在觸發斷開限位信號時，小車由于慣性較大，易沖出起重臂或撞上塔身，發生作業事故。

綜上可知，減速運行關系塔吊小車的控制效果和使用安全。因此，了解小車減速運行階段速度控制的原理，并通過速度控制板實現減速階段速度大小的控制，有利于塔吊的正常運作。圖2是限位動作時小車的運行流程。圖3是塔吊小車速度運行控制的DVT電路圖。

2.3 速度控制意義

為防止操作者隨意調節速度控制板上三個可變電阻器的阻值及商業原因，廠家在使用說明書上對電路圖作了屏蔽處理。一般情況下，因人為或環境影響造成電阻器阻值發生變化時，使用者購買新的速度控制板加以替換或通過不斷調試自行解決，產生嚴重的資源和時間浪費，影響工作進度。

3 速度控制方案及驗證

3.1 速度控制單元及控制板

塔吊小車運行時，通過調整速度控制板上三個可變電阻器的阻值和操作手柄作用于電位器的輸出電壓，可實現小車行走變速和限位減速等控制效果，保障了小車的安全行走。圖4是速度控制板和變頻器等元器件組成的速度控制單元。

3.2 速度控制方案

本文對速度控制板中的元件進行辨識，推導出速度控制板上三個可變電阻器的準確位置，最終繪制出速度控制板原理圖，如圖5所示。當塔吊小車行走速度出現異常時，根據速度控制板原理圖迅速判斷出是哪個電阻器的阻值出現變動，并進行相應調整。

3.3 速度控制驗證

在繪制速度控制板原理圖的基礎上，經過仿真電路模擬和大量實驗進行結果驗證。在速度控制板不同輸入輸出條件下，不斷地調節和優化三個可變電阻器的阻值，校驗速度控制板輸出的電壓是否接近和達到塔吊說明書中的設置值。其中，仿真電路模擬速度控制板的功能，通過調節輸入開關和電位器得到理想的參數組合。塔吊小車速度控制驗證方式如圖6所示。其中，13號線輸出的控制速度電壓信號由操作手柄中的電位器調節后的輸出值或三個電阻器的輸出值。電壓信號的大小與變頻器輸出電壓頻率成正比，因此減速限位的電壓信號控制在1.2V左右時能保證塔吊小車的運行安全。

通過反復調節和測試實驗，實現了速度控制板輸出電壓滿足產品生產廠家的設置，使塔吊小車能順利完成預期的運行速度及限位動作后的減速速度等要求。

實驗結果表明三個可變電阻器的阻值保持下述比例關系時最合理:R0∶R1∶R2=5∶8.8∶1.2。同時，實驗結果也證明了本文所繪制的速度控制板原理圖準確可行。

4 結語

本文對塔吊小車的運行速度控制進行了深入研究，并獲得了電阻器的阻值匹配關系式。當塔吊小車的速度控制出現異常，操作者可根據實驗結果進行相應的調整，解決了重新購買速度控制板的問題，節約了成本，減少了調整時間，確保了工程進度。本文研究成果為操作者進行塔吊維修提供了保障，具有很大的推廣價值。

參考文獻

[1]蘇晴，張氫．岸邊集裝箱起重機防搖及速度控制研究．建筑機械，2002，87-92．

[2]李春文，曹玲芝，苗維普．基于逆系統滑模方法的起重機速度控制系統設計．2008，29(10):27-30．

[3]齊亮，李眾，李彥．集裝箱裝卸橋小車速度環PI閉環控制的PLC 軟件實現．華東船舶工業學院學報(自然科學版)，2004，18(5):44-47．

[4]季庸惠．起重機工作速度的控制方案與原理．昆明理工大學學報，1999，24(3):64-68．

[5]施江肖，倪敬，姜曉勇，項占琴．應用PLC和變頻器改進塔吊性能．機電工程，2001，18(5):135-136．