測船懸索吊臂自動收放機的研制

徐興東 王蒙恩 徐長征 楊道法 俞磊

【摘要】黃河下游水文測驗手段主要依靠機動測船，需要把旋漿式流速儀安裝在200公斤的重型鉛魚支架上面，孫口水文站現有大型機動測船兩艘、中小型機動船舶兩艘，日常測驗或者洪水測驗中需要兩個青壯年通過旋轉加力輪實現懸索吊臂左右收放。針對黃河下游懸索吊臂測驗設備落后的局面，對懸索吊臂控制部分進行了技術革新與改造，并研制出一套使測船懸索吊臂通過永磁電動機減速機來實現左右收放的設備。

【關鍵詞】測驗船舶；懸索吊臂；旋轉加力輪；永磁電動機減速機

1、問題的提出

孫口水文站隸屬于黃委會山東水文水資源局，位于山東省梁山縣趙固堆鄉蔡樓村，該站系全國大江大河重要水文站，是黃河水量調度最重要的依據站，屬國家重點報汛站，東平湖分滯洪決策控制站，常年向國家防總、黃河防總拍報水情。孫口水文站現擁有大型測驗船舶兩艘，中小型測驗船舶兩艘，在日常測驗或是在洪水期間，孫口水文站進行測船測驗時，懸吊重型鉛魚的懸索吊臂的收放要用人力來旋轉加力輪來實現懸索吊臂的左右收放，由于鉛魚重量達200公斤，再加上吊臂運轉軸的摩擦力，要兩個男性勞動力才能將吊臂收回或者放出，關鍵的時候既耽誤工時又浪費工力。針對這種現狀，筆者對測驗船舶懸索吊臂進行技術改造，使測船懸索吊臂通過永磁電動機減速機來達到自動收放的目的。

2、改造內容

（1）采用直流24V永磁電動機減速機來取代人力轉動。

（2）減速機驅動軸與人力輸入軸連接，為了防止電動機發生故障，設計成插接式裝配，拆裝方便。

（3）電動機正反轉利用某某控制器來控制，電動機的轉速可調。

（4）懸索吊臂設置兩個限位裝置。

（5）電源采用測船現有的鉛酸電池。

（6）利用測船現有的備用線路，連接到駕駛臺。

（7）如果駕駛臺沒有24V動力電源，就從機艙引到駕駛臺，然后與電動機連接。

3、創新要求

設備安裝好，要求電動機的功率能夠滿足旋轉懸索吊臂的正常運轉，減速后的轉速為每分鐘13轉。實現電動控制，速度可調，在吊臂的兩側安裝限位裝置，防止吊臂越位或者因為吊臂卡死而損壞電動機過減速機，最終目的是減輕勞動強度，實現自動轉出和收回的自動化控制。

4、工作原理

利用直流電動機的的源動力經過蝸輪蝸桿減速機進行減速，減速的目的是為了加大輸出軸的扭力，利用減速機的輸出軸輸出的扭力來旋轉懸索吊臂的蝸輪蝸桿軸，以此替代人力，電動機的轉速通過調速旋鈕進行調速，在駕駛臺船長就可以根據工作需要來操作懸索吊臂，輕松實現電控操作懸索吊臂的的左右擺動。

5、技術參數

5.1電動機的型號及參數

額定功率：100W 空載轉速：1r/min=轉每分鐘

額定電壓：DC24V 輸出扭矩：扭矩：600KG.CM

額定電流：6.5A 減速箱減速比：減速比1：100

空載轉速：17 r/min 負載轉速：13r/min

重量：9.8kg

5.2控制器的參數與型號驅動器選用：DC 48RT50BL-XW ，它是一款智能型大功率直流馬達驅動器。該驅動器使用高性能MCU，采用高級運動控制算法，應用于特殊功能要求的場合，可外部模擬量、脈寬控制和電位器調速，可設置軟啟和軟停，可設置最大電流和馬達扭矩，馬達正向和反向可獨立選擇，馬達正向、反向最大電流可獨立設置，正向限位和反向限位可獨立控制，驅動器設有故障報警輸出端，可以更有效的保護整套設備的安全及可靠，可以很好的應用到吊箱鉛魚的升降上。

規格及型號：

型號：DC 48RT50BL-XW 最大輸出電流：100A

最大輸出電壓：55V 直流電壓輸入范圍：10～55V

控制器的特性：

（1）體積小，寬電壓輸入

（2）多種控制方式：電位器、模擬量控制、脈寬控制

（3）獨立的正向&反向控制

（4）獨立的正向限位&反向限位

（5）剎車制動控制功能

（6）最大電流限制

（7）過電流、過熱，過壓、欠壓，短路等異常情況啟動保護功能

（8）LED 故障報警狀態指示，故障報警輸出

性能指標：

（1）電源電壓：10—55VDC

（2）待機電流：15mA

（3）持續工作電流：40A 瞬間電流高：100A-5S

（4）工作頻率：2KHZ

（5）Out+5VDC 電源（可給電位器供電）： 5V DC 20mA

（6）模擬量輸入范圍：0-- 5VDC

（7）軟啟動時間：0-5S

（8）軟停止時間：0-5S

（9）脈沖輸入頻率：250Hz

（10）占空比輸入范圍20%-- 100%

（11）數字量輸出接口：最大負載能力為50v 1A

（12）溫度保護狀態：80℃停止輸出

（13）工作環境溫度：-40℃-- +60℃

（14）環境濕度：相對濕度≤80RH

（15）外形尺寸： L * W * H = 127mm * 85mm * 49mm

（16）重量：300g

鉛魚的上升-下降開關選用手柄式單刀雙擲開關（中間為空檔），應選擇大于6安培的開關。操作手柄開關為自鎖型。旋轉電位器進行鉛魚升降的調速，具有斷電剎車功能，可以正向限位和反向限位，限位元件選用漫反射型光電開關。

型號為：E3F1-DS5C4直流三線NPN常開，直徑M12mm，動作距離為40mm。

5.3減速機的減速比與型號

減速比為1：100

減速機的型號GW114165

6、結論

測船懸索吊臂自動收放機研制成功后，該設備現安裝在孫口水文站黃測112測船上。經過長時間的應用，該設備不但提高了水文測驗設施科技含量，并且節省了人力物力，具有性能穩定、省時省力、操作方便、經久耐用等特點，同時它的應用結束了通過人工旋轉加力輪實現懸索吊臂左右收放的歷史，在黃河干流水文測船測驗中具有很好的應用價值和推廣價值。

參考文獻：

[1]歐陽再平，李炎松，向家華.水文勘測船工.黃河水利出版社.

[2]朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測驗實用手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2013：216-218.

作者簡介：徐興東（1989—），男，助理工程師。