抓斗卸船机起升重量保护装置优化技术的研究

滕龙华 李俊峰 潘经州

温州市华大电力冶金设备有限公司 浙江温州 325000

对于抓斗式卸船机而言，基本上会设置起高重量保护装置，在轮滑的地方，经常会安装传感器，用来对相关的负载数值进行检测，判定其是否处于安全范围，以确保操作人员的安全，并对卸船机进行保护[1]。对于负载传感器而言，往往使用臂式小型传感器，精度偏低，存在较大的检测波动，常会出现误报警的现象，进而难以发挥保护作用。

1 主要问题

基于力臂式传感器，当处于正常运行状态时，由于受到钢丝绳的作用，促使滑轮受到方向向左的拉力，针对支座轴及滑轮轴，两者之间有着一定的偏心距，通常在支座轴上，能形成一定量的转矩，通过外伸力臂的作用，促使此转矩被转化成压力，对于传感器及滑轮负载，两者之间的关系为：L 触感器×L 力臂=L 偏心距×F 滑轮，其中L 偏心距为25 毫米，L 力臂为800 毫米。进而可得出负载关系：F 滑轮=F 触感器×F 力臂/L 偏心距=32F 传感器。通过上式得知，在受力大小方面，相比已钢丝绳滑轮，传感器端大概占其3%。对于此检测装置而言，就是以力矩臂的方式，把大载荷进行转化，以形成小负载，不过针对传感器与力臂，受到较多因素的影响，比如安装精度，会促使负载变高，对于检测精度的提升，是需要处理的问题。

2 方案选定

2.1 加大滑轮传感器数量

对于之前的两个传感器而言，在对钢丝绳拉力进行检测时，仅能检测到两根，具体而言，抓斗一侧的负载，针对抓斗里的物料，当分布处于均匀状态时，检测到的数据较为精准，在日常作业过程中，物料并不是均匀状态，由此存在较大的检测误差。通过四个传感器，即便物料的分布不均匀，也能确保滑轮组的受力保持一致，很大程度上，能提升检测精度，不过从本质上来看，难以处理传感器误差影响。

2.2 滑轮销轴传感器

针对之前的滑轮销轴，对其进行更换，以便形成内置传感器销轴，在此基础上，对于滑轮的受力情况，能通过传感器直接检测，可依据传感器精度，来确定检测精度，具备较高的检测精度。不过此方案也存在一定的不足，只可应用于独立销轴式滑轮，针对2 个滑轮，若使用同一根销轴，会对检测精度造成影响，同时对于此传感器而言，不易进行安装，在进行升级改造时，需投入较多的成本。

2.3 钢丝绳滚筒转矩

相比于之前两个方案，此方案在思路上存在一定的不同，针对钢丝绳卷筒，对其转矩进行检测，能实现对钢丝绳拉力的计算。基于起升电机，依据实时转矩参数，结合直径参数，并借助钢丝绳卷筒，来对钢丝绳拉力进行计算。通过此方案，能有效处理一系列问题，比如钢丝绳抖动，有着较高的精度，所需成本并不高，由此优先考虑此方案。

表1 齿轮分级参数

3 钢丝绳拉力计算

对于钢丝绳滚筒，不易直接对其转矩进行检测，依据监控机参数，同时针对差动减速箱，结合其转动效率，并对转动比进行参考，可间接测出转矩，之后充分结合矫正系数，在此基础上，能实现对钢丝绳拉力的计算。本文以西门子抓斗卸船机作为例子，构建两种力矩信号通讯，一是变频器通讯，二是PLC 通讯。针对变频器，对力矩参数进行选择，与此同时，对字节位置进行记录，在相应的PLC 中，对状态字进行读取，并在相应的地方，来构建数据单元，也就能完成传输接口。充分依据减速箱的图纸，并结合滚筒图纸，针对起升机构，不但能获取齿轮传动比，也能得知滚筒半径。如表1 所示为齿轮分级参数。依据F 钢丝绳=δ 修正系数×T 滚筒×r滚筒=δ 修正系数×T 电机×r 滚筒×i 传动比×η 传动效率，就可以得知：F 钢丝绳=T 电机×K 系数，进而可求出K 值，随之在程序中，达到检测的目标。

4 PLC 保护程序优化

在程序中，将有关的力矩数据地址设置好，比如支持机构的，针对关键系数和信号，将两者进行相乘，随之就可算出钢丝绳的总拉力，把两个机构的值进行相加，就能得出负载值，也就是开闭机构与支持机构。在加速时间段，存在很大的转矩，由此需开展区分。当处于正常负载的情况下，加速度为每平方秒1 米，加速时间为2.7秒，相比于额定的转矩，转矩为两倍，在加速段内，对大于三倍负载进行设置，持续时间为一秒，对挂仓或者超载进行判断；当处于匀速阶段时，在漏斗的上方，将抓斗闭斗提高到十米，并持续监测，在此阶段，不发生甩斗动作，由此有着较高的检测精度；在负载大于1.1 倍之后，同时持续三秒，也就为过载报警。若下车处于以下两个阶段时，则不进行检测，一是水平运动阶段，二是开闭斗阶段[2]。

5 结语

通过以上分析得知，通过四个传感器，即便物料的分布不均匀，也能确保滑轮组的受力保持一致，能提升检测精度；依据监控机参数，同时针对差动减速箱，结合其转动效率，并对转动比进行参考，可间接测出转矩，结合矫正系数，能实现对钢丝绳拉力的计算；依据减速箱的图纸，并结合滚筒图纸，对于起升机构，不但能获取齿轮传动比，也能得知滚筒半径。