0AC 廠房201 大廳60 噸雙梁橋式起重機精細運作系統分析

□于守吉

一、精細運作系統產生的背景與目的

OAC 廠房201 大廳雙梁橋式起重機肩負兩大功能:一是廠房內各設備的吊運;二是完成某些設備的精密裝配。起重機原大、小車運行機構為雙速運行，不能滿足吊裝時的精密安裝工藝要求。為使吊車大、小車運行到達工作位置時，改善吊車最終慢速到位的性能，需對大、小車運行機構進行升級改造，精密裝配時要求單次位移量0．5mm 左右，運行的速度0．5mm/min(即0．03m/min)，但同時為了非精密裝配時的吊運工作效率，仍需達到9m/min 左右的運行速度。300 倍的調速比不是常用調速系統可以達到的，這項升級改造如何來做?在此背景下精細運作系統應運而生，其可實現單次微動運行的位移量約0．5mm 可控，以完成精密裝配時的對位需要，并同時保留了平時9m/min 左右運行速度。

二、精細運作系統設計

(一)設計基準。設計基準為GB/T3811 -1983《起重機設計規范》、JB/T4315 -1997《起重機電控設備》和GB50278《起重設備安裝工程施工及驗收規范》。

(二)詳細設計描述。

1．運作原理。精細運作系統保留了原大、小車運行機構，并增加了大車兩套，小車一套微動機構。微動驅動機構通過電磁離合器與原大、小車運行機構相連，通過微動機構達到約0．5mm 可控的位移量，運行速度約0．03m/min。吊車正常運行時，離合器打開，微動驅動機構與大、小車運行機構脫開，大、小車運行機構驅動吊車高速運行，增加工作效率。需要精密裝配時，微動機構投入工作，離合器吸合，大、小車運行機構作為傳動鏈的一部分由微動機構驅動使吊車精密運行。此時需通過新增的精細控制專用操作盒的選擇開關，選至微動運行。正常操作按鈕盒和精細控制專用操作盒設置互鎖。

2．理論計算。

(1)大車。大車運行電機YZD180L -4/24 高速輸出功率P=3kW，高速轉速n=1400r/min，減速器速比i=400，車輪直徑D=0．8m，運行速度8．8m/min。電機輸出轉矩T=9550P/n=20．5 Nm，微動運行速度為0．5mm/s，即0．03m/min 時:運行電機轉速×1400 =4．8r/min，所需功率=0．01kw。故所需微動機構輸出轉速為4．8r/min，輸出轉矩≥20．5Nm。三合一減速電機結構緊湊，所需安裝空間小，安裝方便。故選取MTJ37-YEJ-0．18 -4P-106．38 -M4 -A 三合一減速電機作微動驅動，功率0．18kW，輸出轉矩132Nm，輸出轉速12 r/min，使用變頻調速至20HZ，轉速4．8r/min，0．07kW。(2)小車。小車運行電機YZD132M1 -4/16，高速輸出功率P=2．2kW，高速轉速n =1400r/min，減速器速比i ==6．56m/min，車輪直徑D=0．5m，運行速度電機輸出轉矩T=9550P/n=15 Nm，微動運行速度為0．5mm/s，即0．03m/min 時:運行電機轉速為n微×1400r/min，所需功率P微×2．2 =0．01kw。故所需微動機構輸出轉速為6．4r/min，輸出轉矩≥15Nm 三合一減速電機結構緊湊，所需安裝空間小，安裝方便。故選取MTJ37 -YEJ-0．18 -4P -83．69 -M4 -A 三合一減速電機作微動驅動，功率0．18kW，輸出轉矩104Nm，輸出轉速16 r/min，使用變頻調速至20HZ，轉速6．4r/min，0．07kW。

3．改造范圍。

(1)大車運行機構。大車運行機構從制動輪聯軸器起整體更換為新的制動輪聯軸器和雙出軸電機，電機尾部出軸與微動機構通過電磁離合器相連(見圖1)，并避開現場線槽。

圖1 大車運行機構

圖2 小車運行機構

(2)小車運行機構。小車運行機構從電機和減速器間聯軸器起整體更換為新的聯軸器、雙出軸電機和帶軸制動輪，制動輪出軸與微動機構通過電磁離合器相連(見圖2)。

(3)電氣控制原理及操作。系統經改造后，在起重機日常的常規應用中，與改造前完全相同。當需要進行精細運行控制時，先將起重機以常規速度運行到工作點附近位置，保持系統處于啟動待機狀態下，換用精細控制專用操作盒，首先啟動精細控制系統，啟動后，精細控制系統開始工作。切斷常規控制采用的大小車電機主回路，接通大小車電磁離合器，打開原有的大小車制動器，接通大小車精細控制用變頻器，指示精細控制系統進入待機狀態。專用精細操作盒上可以操控小車機構和大車機構，以極慢速正向或者反向運行。操作盒上設置有:精細控制啟動按鈕、精細控制停止按鈕、小車前行按鈕、小車后行按鈕、大車左行按鈕、大車右行按鈕、報警按鈕精細控制待機指示燈。

三、精細運作系統的安裝和調試

(一)安裝步驟(以大車為例)。一是閱圖，熟悉施工內容和目的。二是檢查需安裝的設備是否齊全。將新制制動輪安裝于待安裝的大車電機前端出軸上，將電磁離合器電機側的一半裝在電機尾部出軸上。電磁離合器另一半安裝在三合一減速電機出軸上，三合一減速器安裝于底座上。三是拆除原大車制動輪聯軸器和另一端齒輪聯軸器的連接螺栓，拆下補償軸。四是拆下補償軸上電機側的聯軸器裝上新制聯軸器。五是拆除電機固定螺栓、螺母并保存。手動釋放制動器，將前端帶有制動輪的大車電機整體拆除。六是將第2 步裝好的電機安裝到原底座上，用原螺栓、螺母緊固。七是重新裝上補償軸。八是將第2 步裝好的三合一減速器裝于電機尾部，粗調定位后，將三合一減速器底座焊于走臺上。九是焊縫冷卻后，松開三合一與底座的連接螺栓，使用調整墊片調節減速器出軸和電機尾軸的同軸度后再緊固，經百分表測量同軸度應在0．3mm 以內(可通過電磁離合器外圓測定)。十是按圖紙在減速器兩側焊定位塊。

(二)調試與實驗。系統安裝后進行電氣調試和試驗，確保起重機功能符合要求，主要包括下列實驗:目測檢查、空載試驗、互鎖試驗、額定載荷試驗、速度試驗、動載試驗。

四、結語

精細運作系統成功通過了性能驗收試驗，通過百分表測得單次動作位移小于0．5mm。其微動運行速度約0．03m/min，大車常規運行速度8．8m/min，小車常規運行速度6．6m/min，保證了吊車常規吊運和精密裝配工作的需要。精細運作系統保留了原大、小車機構和電控系統，大大節約了升級改造的成本和工作量，改造施工在兩周內順利完成，為起重機的精確定位、低速/微動運行提供了新的解決方案。

［1］廖常初．S7 -300/400 PLC 應用技術［M］．北京:機械工業出版社，2008，第2 版

［2］西門子電氣傳動有限公司．SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制使用大全［Z］．版本AG