0引言

主起升機(jī)構(gòu)采用行星三減速器或行星大減速器方案，是鑄造起重機(jī)中的一種重要機(jī)型。鑄造起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)都是雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。行星減速器自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可滿足主起升機(jī)構(gòu)2套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)巾的任意1套出現(xiàn)故障時(shí)，單驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以長(zhǎng)期半速工作的工況，非常有利于煉鋼廠的使用和維修。行星減速器自身的缺點(diǎn)是可能會(huì)發(fā)生斷軸，且一旦發(fā)生斷軸故障只能靠卷簡(jiǎn)上的安全制動(dòng)器制動(dòng)，減速器高速軸上的工作制動(dòng)器即使抱閘也起不到制動(dòng)作用，故采用行星減速器方案必須配置一套行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，用以監(jiān)測(cè)行星傳動(dòng)鏈?zhǔn)欠癜l(fā)生故障并對(duì)其相應(yīng)狀況進(jìn)行保護(hù)

1行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．1系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要包括：在行星減速器的2個(gè)高速端(電機(jī)尾部)分別配置一個(gè)增量式編碼器，在行星減速器2個(gè)低速端(卷筒尾部)分別配置1個(gè)增量式編碼器和超速開關(guān)，PLC系統(tǒng)配置1個(gè)高速模塊。基本工作原理為：將4個(gè)編碼器接到PLC系統(tǒng)的高速計(jì)數(shù)模塊上，讀取4個(gè)編碼器的計(jì)數(shù)值，再通過程序運(yùn)算來判斷是否發(fā)生斷軸故障。圖1和圖2分別列出了行星三減速和行星大減速器2種方案的布置圖。

1．2系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

行星減速器發(fā)生斷軸有2種情況：高速軸斷和低速軸斷。高速軸斷裂會(huì)使鋼包墜落地面，低速軸斷裂會(huì)使鋼包發(fā)生偏斜。行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅能監(jiān)控這2種斷軸情況，還可附帶監(jiān)控如工作制動(dòng)器制動(dòng)力矩不夠、驅(qū)動(dòng)裝置力矩不夠、超速等情況。各模型中的變量定義說明：～為l號(hào)高速軸(電機(jī))編碼器計(jì)數(shù)值，／v為2號(hào)高速軸(電機(jī))編碼器計(jì)數(shù)值，Ⅳ為1號(hào)低速軸(卷筒)編碼器計(jì)數(shù)值，Ⅳ為2號(hào)低速軸(卷筒)編碼器計(jì)數(shù)值，△為1號(hào)高速軸(電機(jī))編碼器計(jì)數(shù)值在100ms內(nèi)的變化量，△Ⅳ為2號(hào)高速軸(電機(jī))編碼器計(jì)數(shù)值在100ms內(nèi)的變化量，△Ⅳd為1號(hào)低速軸(卷筒)編碼器計(jì)數(shù)值在100ms內(nèi)的變化量，△Ⅳ為2號(hào)低速軸(卷筒)編碼器計(jì)數(shù)值在100ms內(nèi)的變化量。

1)高速軸發(fā)生斷軸

將2個(gè)高速軸編碼器的計(jì)數(shù)值相加再除以低速軸編碼器的計(jì)數(shù)值，理論上該值應(yīng)該等于減速器速比除以卷簡(jiǎn)編碼器增速齒輪箱速比，當(dāng)該值超過一定范圍后，認(rèn)為高速軸發(fā)生斷軸。表示減速器的速比除以卷簡(jiǎn)編碼器增速齒輪箱速比；表示允許的偏差量。

2)低速軸發(fā)生斷軸將2個(gè)低速軸編碼器的計(jì)數(shù)值相減，理論上差值應(yīng)該為0，當(dāng)差值超過允許范圍后，認(rèn)為低速軸發(fā)生斷軸。表示100ms內(nèi)變化量允許的偏差量，：表示編碼器計(jì)數(shù)值允許的偏差量。

3)工作制動(dòng)器故障

當(dāng)工作制動(dòng)器故障造成制動(dòng)力矩不夠，手柄回零位后會(huì)發(fā)生溜鉤現(xiàn)象。此時(shí)工作制動(dòng)器抱閘信號(hào)反饋回PLC中，但低速軸編碼器計(jì)數(shù)在100ms內(nèi)的變化量卻不等于0，即認(rèn)為工作制動(dòng)器故障。

4)驅(qū)動(dòng)裝置故障

當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置故障造成起升力矩不足時(shí)，在起升時(shí)會(huì)造成溜鉤，在下降時(shí)會(huì)造成超速。所以，當(dāng)給出上升指令后，低速軸編碼器計(jì)數(shù)值在100IXIS內(nèi)的變化量為負(fù)數(shù)時(shí)，即認(rèn)為驅(qū)動(dòng)裝置故障。

5)超速故障

低速軸編碼器計(jì)數(shù)值在100ms內(nèi)的變化量可以理解為卷簡(jiǎn)的角速度，故當(dāng)該值超過設(shè)計(jì)的最大值時(shí)即可認(rèn)為發(fā)生超速故障。表示起升機(jī)構(gòu)角速度的最大值。

2行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的運(yùn)算方法及誤動(dòng)作分析和對(duì)策

2．1采用差值運(yùn)算法

1)高速軸斷軸

在前述運(yùn)算時(shí)，要用編碼器在100ms內(nèi)的變化量作為計(jì)算值，不能用編碼器的累計(jì)計(jì)數(shù)值。如果采用累計(jì)值做運(yùn)算，判斷發(fā)生斷軸的偏差量不是一個(gè)固定值，它會(huì)隨著起升高度的增加而增加，這樣會(huì)存在安全隱患。假設(shè)高速軸編碼器計(jì)數(shù)值的偏差值達(dá)到才能觸發(fā)斷軸報(bào)警，即O／為減速器速比除以卷簡(jiǎn)編碼器增速齒輪速比，是一個(gè)固定值；為設(shè)定的誤差值，也是一個(gè)定值；而ⅣlJ是低速軸編碼器的計(jì)數(shù)值，它與起升高度成正比；所以，s也跟起升高度成正比。一般鑄造起重機(jī)的起升高度為30m左右，則會(huì)相差30倍。如果起升機(jī)構(gòu)從最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)附近處發(fā)生斷軸，則由于s的變大而造成檢測(cè)系統(tǒng)輸出斷軸信號(hào)時(shí)間急劇變長(zhǎng)，增加了安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。如將Ⅳ替換成△Ⅳd則不會(huì)出現(xiàn)該問題，因?yàn)锳Na，是低速軸編碼器計(jì)數(shù)值在100IllS內(nèi)的變化量，跟起升高度無關(guān)，只與速度有關(guān)，而機(jī)構(gòu)的速度是固定值，故也為固定值。

2)低速軸斷軸

如前所述，2個(gè)低速軸之間既做了編碼器在100ms內(nèi)計(jì)數(shù)值變化量的比較，又做了編碼器累計(jì)值的比較。當(dāng)2個(gè)低速軸卷筒角速度超差時(shí)即會(huì)輸出斷軸信號(hào)，當(dāng)2個(gè)低速軸卷筒上的鋼絲繩運(yùn)行距離超差時(shí)也會(huì)輸出斷軸信號(hào)。

2．2常見誤動(dòng)作情況及對(duì)策以某鋼廠制造的鑄造起重機(jī)為例，在現(xiàn)場(chǎng)使用某監(jiān)控軟件進(jìn)行在線監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況主要有3種：主起升機(jī)構(gòu)剛啟動(dòng)時(shí)；主起升機(jī)構(gòu)在接近停止時(shí)；主起升機(jī)構(gòu)由上升到下降或是由下降到上升時(shí)。經(jīng)過分析，出現(xiàn)以上誤動(dòng)作的情況主要是由于整個(gè)傳動(dòng)鏈上存在間隙，尤其是電機(jī)編碼器的聯(lián)軸器和卷簡(jiǎn)編碼器的聯(lián)軸器，在使用時(shí)間長(zhǎng)了以后存在磨損的情況。

針對(duì)以上3種誤動(dòng)作情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)都是在卷簡(jiǎn)轉(zhuǎn)速非常低時(shí)發(fā)生的。所以，可采取當(dāng)減速器低速端(即卷筒)的角速度非常低時(shí)不進(jìn)行斷軸檢測(cè)的辦法來屏蔽這些誤動(dòng)作，即當(dāng)△，v和△Ⅳ同時(shí)為很小值時(shí)不做斷軸檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，可取一擋速度的一半左右。如果此時(shí)出現(xiàn)斷軸故障，則△和△Ⅳ必然會(huì)有一個(gè)迅速增大，在非常短的時(shí)間內(nèi)就超出不做檢測(cè)的閾值，可以正常判斷發(fā)生故障，不會(huì)造成安全隱患。采用此方法來屏蔽上述3種誤動(dòng)作情況的優(yōu)勢(shì)是程序邏輯簡(jiǎn)單，不容易出現(xiàn)衍生邏輯問題；也不需要再使用時(shí)間繼電器來屏蔽誤動(dòng)作，因?yàn)闀r(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間不好掌握，比較容易出現(xiàn)安全隱患。

3其他誤動(dòng)作情況及對(duì)策

除此之外，還有編碼器信號(hào)線受干擾和編碼器累計(jì)誤差造成的誤動(dòng)作。由于編碼器信號(hào)電纜的距離普遍比較長(zhǎng)，傳輸信號(hào)的電壓等級(jí)為C5V，比較容易受干擾。編碼器長(zhǎng)期工作可能會(huì)因?yàn)閬G轉(zhuǎn)等原因造成累計(jì)誤差。針對(duì)此問題采取如下措施來解決：1)每次主起升機(jī)構(gòu)手柄回到零位時(shí)將各個(gè)編碼器的計(jì)數(shù)值清零。2)每種故障信息持續(xù)發(fā)生300Ills才認(rèn)為該故障信息真正發(fā)生。

結(jié)束語

經(jīng)過上述措施，行星傳動(dòng)鏈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較好地完成了行星減速器的斷軸保護(hù)任務(wù)，到目前為止尚未出現(xiàn)誤動(dòng)作情況，使采用行星減速器方案的鑄造起重機(jī)更加安全可靠。