门座式起重机全自动磁滞耦合器研究

李胜永，何翠芳，宁海洋

(江苏航运职业技术学院，江苏南通，226010)

1 引言

门座式起重机电缆卷盘供电装置由地面供电控制箱、电缆锚定装置、电缆沟、导向架、动力驱动几系统和电缆卷盘组成。电缆卷盘经历了重锤式、力矩马达式和磨擦片式电缆卷盘，目前普遍使用的是磁制式电缆卷盘[1-2]，原因在于该类型电缆卷盘近似恒力矩驱动，电动机单方向运转，可堵转，力矩可调，不需要附加制动器，结构简单，安全可靠，迅速成为当前最为理想的电缆卷绕装置。

2 存在问题与分析

电缆卷盘的驱动电机单方向工作，其工作方向是收回电缆方向，在门座式起重机大车行走远离电缆锚位时，电缆由电缆卷盘收回电缆，如图1所示。而起重机在驶离锚位时，电动机通电相序不变，靠大车行走的拖拽力作用在电缆导向装置，使得电缆卷磁滞驱动器的转矩，而释放电缆[3]，如图2所示。在控制系统中，电缆卷盘和大车行走机构同步工作。无论哪种情况磁滞式电缆卷盘均为恒转矩输出，但是在收缆情况下，随着收缆电缆层数增多，作用力半径增大，则电缆卷盘切向拉力随之减小，最大值在大车行走机构达到电缆锚位时[4-5]。同样道理，在释放电缆时，大车施加的切向拉力也随着电缆层数的减少而逐渐增大，大车的拖拽所产生的转矩大于磁滞驱动器的扭矩时才能正常工作。因此，释放电缆过程要比收缆过程产生的电缆拉力(电缆重力)更大。较大的拉力经常使得电缆锚定装置[6]、电缆和端子回路造成损毁。随着电缆卷盘故障，电缆沟摩擦力等因素的加入，安全隐患较大，据不完全统计，60%以上的紧急停车都是由电缆卷盘供电装置造成的。

图1 收缆情况

图2 释放电缆情况

3 解决方案

3.1 检测电缆拉力，引入极限限位开关

此方案的工作原理如图3所示。在钢丝绳导向架上安装拉力检测机构和限位开关，随着钢丝绳拉力增大，导向轮带动弹簧向压力方向移动，触发极限限位开关，反馈至电气控制系统，大车运行停止，保护电缆并发出报警。

该装置可以有效防护电缆和供电装置安全，简单，易行，可以通过拉力调节装置有效保护电缆。但是，这种方法可以有效起到保护作用，没有根本上解决大车运行和磁滞式电缆卷盘间的匹配问题。

图3 极限纤维开关保护措施

3.2 检测电缆压力，引入压力传感器

此方案工作原理如图4和图5所示，电缆在导向架内运行时，通过导向轮将电缆拉力传递给“S”型压力传感器，将压力信号转换成电信号，并送到A/D转换器，转换成数字信号并传送到控制器件，控制器将输入的电缆拉力数字量和控制系统运行状况信息进行综合分析，匹配大车运行和磁滞电缆卷盘运行信息，进而调整电缆钢丝绳张力，可以避免频发停机故障，从根本上缓解电缆张力过大带来的问题。

图4 引入压力传感器保护措施

图5 信号传递过程

4 实施后具体案例

某型号门座式起重机大车动力电缆卷盘运行工况：大车行走速度30m/min，加速时间6s，电缆卷盘的中心高度距电缆槽高度为8m。电缆最大直径φ58mm，自重3.935kg/m。整机供电10KV/131A。

大车电缆卷盘驱动机构中含有2个磁滞联轴器加电机(磁滞联轴器出厂设定力矩6。5～7Nm)。每个电机型号(QAEJ90L6A),功率均为1.1Kw，极数6级,,电压380V/50Hz,电机尾部带LENZE电磁制动器,制动器电压为单相220V。如图6所示。

图6 磁滞电缆卷盘执行机构

门座式起重机动力驱动机构中有1个凸轮限位与卷盘联动，凸轮限位内含有6片凸轮片(3片90度、3片尖角)。导缆架中有两个方向限位,1个过紧限位，过紧限位接合方向限位能检测出大车在哪个方向上的电缆过紧动作。1个预松限位不起作用，电缆张力实时监测，并传送给门座式起重机控制系统中。

整个大车行程中的关键点位置：终点(±10M)、电缆坑位(±3m)由凸轮限位和张力极限比较指令检测。中点(0m)由两个方向限位，凸轮限位组合和极限比较指令检测。

实施压力传感器检测电缆张力后具体控制过称为：

(1)当大车处于静止状态时

所有电机均不运转，制动器全部制动。当大车向电缆坑行走时，电缆卷盘转动，收取电缆: 大车行走机构启动应滞后电缆卷盘装置启动0.3秒；大车行走停止运行后，电缆卷盘应延迟2秒再停；延时时间应根据电缆在实际的受力等情况可进行调整。

(2)大车在收取电缆时

电缆卷盘的电缆卷数(含安全圈3圈)≤8圈 ,距电缆坑约58米外由一台电机驱动,另外一台电机关闭,但所有电机的制动器均应打开；电缆卷盘的电缆卷数(含安全圈3圈)>8圈 ,距电缆坑约58米内，由全部电机驱动,所有电机的制动器均应打开；工作时，根据压力传感器检测现场电缆实际受力情况调整卷盘的电缆分段圈数。

(3)当大车向终点行走时，电缆卷盘放缆

大车背向电缆坑行走时,电缆卷盘放出电缆，此时所有电机都不运转。当大车离电缆坑～58米外(储缆盘(含安全圈)电缆圈数≤8圈时)，分段电机尾部的制动器中的1台制动,另1台打开；电缆卷盘的电缆卷数(含安全圈3圈)>8圈 ,距电缆坑约58米内，制动器均关闭。工作时，根据压力传感器检测现场电缆实际受力情况调整卷盘的电缆分段圈数。

4 结论

引入检测导向轮压力传感器实施检测电缆张力装置后，门座式起重机控制系统和电缆磁滞耦合器驱动系统进行了数据交换，匹配了大车行走机构和磁滞耦合器二者工况，实现了全自动动态调整，在持续工作情况下，既保证了对电缆及装置的保护，也避免了频繁出现故障而停机。自动化程度的提高，省去了一名兼职供电装置看护工。目前该方案及装置在试验单位取得了推广使用。