抓斗卸船機起升重量保護裝置優化技術的研究

滕龍華 李俊峰 潘經州

溫州市華大電力冶金設備有限公司 浙江溫州 325000

對于抓斗式卸船機而言，基本上會設置起高重量保護裝置，在輪滑的地方，經常會安裝傳感器，用來對相關的負載數值進行檢測，判定其是否處于安全范圍，以確保操作人員的安全，并對卸船機進行保護[1]。對于負載傳感器而言，往往使用臂式小型傳感器，精度偏低，存在較大的檢測波動，常會出現誤報警的現象，進而難以發揮保護作用。

1 主要問題

基于力臂式傳感器，當處于正常運行狀態時，由于受到鋼絲繩的作用，促使滑輪受到方向向左的拉力，針對支座軸及滑輪軸，兩者之間有著一定的偏心距，通常在支座軸上，能形成一定量的轉矩，通過外伸力臂的作用，促使此轉矩被轉化成壓力，對于傳感器及滑輪負載，兩者之間的關系為：L 觸感器×L 力臂=L 偏心距×F 滑輪，其中L 偏心距為25 毫米，L 力臂為800 毫米。進而可得出負載關系：F 滑輪=F 觸感器×F 力臂/L 偏心距=32F 傳感器。通過上式得知，在受力大小方面，相比已鋼絲繩滑輪，傳感器端大概占其3%。對于此檢測裝置而言，就是以力矩臂的方式，把大載荷進行轉化，以形成小負載，不過針對傳感器與力臂，受到較多因素的影響，比如安裝精度，會促使負載變高，對于檢測精度的提升，是需要處理的問題。

2 方案選定

2.1 加大滑輪傳感器數量

對于之前的兩個傳感器而言，在對鋼絲繩拉力進行檢測時，僅能檢測到兩根，具體而言，抓斗一側的負載，針對抓斗里的物料，當分布處于均勻狀態時，檢測到的數據較為精準，在日常作業過程中，物料并不是均勻狀態，由此存在較大的檢測誤差。通過四個傳感器，即便物料的分布不均勻，也能確保滑輪組的受力保持一致，很大程度上，能提升檢測精度，不過從本質上來看，難以處理傳感器誤差影響。

2.2 滑輪銷軸傳感器

針對之前的滑輪銷軸，對其進行更換，以便形成內置傳感器銷軸，在此基礎上，對于滑輪的受力情況，能通過傳感器直接檢測，可依據傳感器精度，來確定檢測精度，具備較高的檢測精度。不過此方案也存在一定的不足，只可應用于獨立銷軸式滑輪，針對2 個滑輪，若使用同一根銷軸，會對檢測精度造成影響，同時對于此傳感器而言，不易進行安裝，在進行升級改造時，需投入較多的成本。

2.3 鋼絲繩滾筒轉矩

相比于之前兩個方案，此方案在思路上存在一定的不同，針對鋼絲繩卷筒，對其轉矩進行檢測，能實現對鋼絲繩拉力的計算。基于起升電機，依據實時轉矩參數，結合直徑參數，并借助鋼絲繩卷筒，來對鋼絲繩拉力進行計算。通過此方案，能有效處理一系列問題，比如鋼絲繩抖動，有著較高的精度，所需成本并不高，由此優先考慮此方案。

表1 齒輪分級參數

3 鋼絲繩拉力計算

對于鋼絲繩滾筒，不易直接對其轉矩進行檢測，依據監控機參數，同時針對差動減速箱，結合其轉動效率，并對轉動比進行參考，可間接測出轉矩，之后充分結合矯正系數，在此基礎上，能實現對鋼絲繩拉力的計算。本文以西門子抓斗卸船機作為例子，構建兩種力矩信號通訊，一是變頻器通訊，二是PLC 通訊。針對變頻器，對力矩參數進行選擇，與此同時，對字節位置進行記錄，在相應的PLC 中，對狀態字進行讀取，并在相應的地方，來構建數據單元，也就能完成傳輸接口。充分依據減速箱的圖紙，并結合滾筒圖紙，針對起升機構，不但能獲取齒輪傳動比，也能得知滾筒半徑。如表1 所示為齒輪分級參數。依據F 鋼絲繩=δ 修正系數×T 滾筒×r滾筒=δ 修正系數×T 電機×r 滾筒×i 傳動比×η 傳動效率，就可以得知：F 鋼絲繩=T 電機×K 系數，進而可求出K 值，隨之在程序中，達到檢測的目標。

4 PLC 保護程序優化

在程序中，將有關的力矩數據地址設置好，比如支持機構的，針對關鍵系數和信號，將兩者進行相乘，隨之就可算出鋼絲繩的總拉力，把兩個機構的值進行相加，就能得出負載值，也就是開閉機構與支持機構。在加速時間段，存在很大的轉矩，由此需開展區分。當處于正常負載的情況下，加速度為每平方秒1 米，加速時間為2.7秒，相比于額定的轉矩，轉矩為兩倍，在加速段內，對大于三倍負載進行設置，持續時間為一秒，對掛倉或者超載進行判斷；當處于勻速階段時，在漏斗的上方，將抓斗閉斗提高到十米，并持續監測，在此階段，不發生甩斗動作，由此有著較高的檢測精度；在負載大于1.1 倍之后，同時持續三秒，也就為過載報警。若下車處于以下兩個階段時，則不進行檢測，一是水平運動階段，二是開閉斗階段[2]。

5 結語

通過以上分析得知，通過四個傳感器，即便物料的分布不均勻，也能確保滑輪組的受力保持一致，能提升檢測精度；依據監控機參數，同時針對差動減速箱，結合其轉動效率，并對轉動比進行參考，可間接測出轉矩，結合矯正系數，能實現對鋼絲繩拉力的計算；依據減速箱的圖紙，并結合滾筒圖紙，對于起升機構，不但能獲取齒輪傳動比，也能得知滾筒半徑。