起升运动

起升运动（精选7篇）

起升运动 篇1

目前对塔式起重机货物摆动特性及消摆控制策略研究得较多,许多文献认为起重机起升运动对货物摆动影响不大,在不考虑起升运动的情况下进行消摆控制,从而影响控制精度。本文通过建立起重机机构运动和货物摆动动力学模型,推导起升运动对货物摆动幅值和频率的作用规律公式,研究起升运动对货物摆动特性的作用规律。

1 货物摆动的动力学模型

平臂塔式起重机通过起重臂的回转运动和变幅小车沿着起重臂的移动运输货物,根据这一运动特点,建立极坐标系{eρ,eψ},坐标原点取在塔身回转中心线与起重臂回转面交点处。货物随悬挂点运动的同时做空间摆运动,且摆长不断变化,据此建立非惯性笛卡儿坐标系{i,j,k}和非惯性球坐标系{eθ,eφ,el},坐标原点取在钢丝绳的悬挂点处,随变幅小车移动,并且与起重臂同步旋转,塔式起重机坐标系统如图1所示。

货物悬挂点在极坐标系中的位置是(ρ,ψ),ρ和ψ分别表示小车的位移和起重臂的回转角度,货物在非惯性球坐标系中的位置用三个广义坐标(l,θ,ψ)表示,l表示起升钢丝绳的长度,Ф表示起升钢丝绳与x1o1z1平面夹角,θ表示起升钢丝绳在x1o1z1平面投影与过货物悬挂点铅垂线的夹角。系统有5个参量,变幅小车运动速度(或加速度),起重臂回转角速度(或回转角加速度),货物提升速度(或提升加速度),货物摆动角度θ和Ф,前三个量是控制量,后两个量为被控制量。

根据起重机工作的实际情况,给出如下假设和要求:①将钢丝绳的质量集中在吊钩处;②起升钢丝绳刚度足够大,其长度变化忽略不计。根据Lagrange-Euler运动方程,在同时进行变幅、回转和起升运动的工况下,建立起重机非线性动力学模型。在平衡状态θe=0°和Фe=0°附近,对系统施加小扰动,忽略高次项,保留一次项求得塔式起重机动力学方程

式中Jm—回转臂的转动惯量;

M—表示小车;

m—货物的质量;

bρ—表示变幅运动、

bψ—回转运动;

bl—起升运动的阻尼系数;

Fρ—表示变幅机构;

Fψ—回转机构的驱动力;

Fl—起升机构的提升力;

g—重力加速度。

2 起升运动对货物摆动的作用规律

从式(4)、式(5)中可以看出,起升运动使系统成为弱阻尼二阶振荡系统,货物摆动的角度和角速度是幅值和频率缓慢变化的周期函数,下面讨论起升运动对货物摆动幅值和频率的影响规律。

eθ方向摆动的固有频率为

阻尼系数为

eφ方向摆动固有频率为

阻尼系数为

由于ωn1与ωn2近似为

货物摆动频率为

在一个摆动周期内摆动幅值衰减或增加

提升重物时,阻尼系数是负值,为增幅摆动,摆动周期越来越小;当重物下降时,阻尼系数是正值,为减幅摆动,摆动周期越来越大,即起升运动使货物摆动的幅值和频率发生变化。

基于MATLAB仿真软件,根据塔式起重机动力学模型式(1)~式(5),对塔式起重机试验台在同时进行变幅、回转和起升运动的工况下计算系统的运动状态。

塔式起重机试验台的参数如下:货物质量m=1kg;采样频率为0.005s;小车质量M=1.5kg,小车运行的最大加速度amax=1m/s2,额定速度vmax=0.3m/s,小车运动等效阻尼系数bρ=0.1Ns/m,参考命令是加速运行0.3s,匀速运行9.7s;起重臂的转动惯量Jm=5.5kgm2,回转额定速度参考命令是加速运行0.3s,匀速运行9.7s;起升机构的额定提升速度起升钢丝绳的长度由4.5m提升到0.5m;图2表示提升重物时,考虑与忽略提升运动的情况下,货物摆动角度响应曲线(虚线表示忽略提升运动时货物的摆动角度,实线表示考虑提升运动时货物的摆动角度)。

从图2可以看出:随着重物的上升,摆动周期越来越小,摆动幅值越来越大,摆动中心线发生倾斜,忽略提升运动,货物摆动周期不变。在运输货物的过程中,大幅度提升货物时,若忽略提升运动,将产生大的误差,应该考虑提升运动的影响。

当重物下降时,货物摆动角度响应曲线如图3所示(虚线表示忽略下降运动时货物的摆动角度,实线表示考虑下降运动时货物的摆动角度),情况与图2恰好相反。

3 起吊偏摆对货物摆动的作用规律

起重机吊起重物时可能出现起吊偏摆现象,起吊偏摆即货物摆动的初始状态不为零。根据塔式起重机动力学模型式(1)~(5),计算塔式起重机在同时进行变幅、回转和起升运动的工况下系统的运动状态。

参考命令是加速运行0.3s,匀速运行2s,减速运行0.3s;起吊臂的转动惯量Jm=5.5kgm2,回转额定速度参考命令是加速运行0.3s,匀速运行2s,减速运行0.3s;起升机构的额定提升速度起升钢丝绳的长度由0.8m提升到0.4m,再下降到0.8m,实现起重机点到点的位置控制,其他参数同图2。

图4是起吊偏摆角为0.1rad的情况下,分别绘制了在相同的工况下,考虑起吊偏摆和忽略起吊偏摆货物摆动情况(虚线表示忽略起吊偏摆动时货物的摆动角度,实线表示考虑起吊偏摆时货物的摆动角度)。考虑起吊偏摆货物残留摆动角度θ(t)=20°,Ф(t)=4.5°,分别是不考虑起吊偏摆时的233%和133%,由此可见,起吊偏摆严重影响着货物的摆动特性。因此,当存在着起吊偏摆时,应该考虑对货物摆动特性的影响。

4 结论

起升运动使系统成为弱阻尼系统,货物摆动的角度和角速度都是幅值和频率缓慢变化的周期函数,幅值以指数函数衰减或增加,在一个摆动周期内摆动幅值衰减或增加频率是随着摆长的变化而变化,即因此,在设计消摆控制系统时应考虑起升运动引起的系统参数变化。当存在着起吊偏摆角时,应该考虑去掉偏摆角对货物摆动的影响。

参考文献

[1]粱春燕,贾青,谢剑英.提升起重机的时滞滤波消摆控制[J].应用科学学报,2001,19(2):157-160.

[2]董明晓.实现起重机自动化的时滞控制理论及应用研究[D].西安:西安交通大学,2005.

[3]董明晓,梅雪松.时滞滤波理论及其工程应用[M].北京:科学出版社,2008.

起升运动 篇2

为铁运公司设计从仓库到车的装卸作业装备,需要用到曲柄滑块机构作为起升机构,传统的机械结构设计只能在图纸上进行静态的修改,数学运算等进行运动学和动力学分析,或者应用物理模型进行仿真。这是一种以静态分析、近似计算、经验设计、人工劳动为特征的设计,需要耗费人力、物力,却又效果不佳的方法[1]。但随着计算机技术的飞速发展,各种各样的三维设计软件出现,可以实现机构或产品的三维建模、运动仿真,并且具有和与其它功能强大的分析软件的交互接口,在分析过程中发现问题只需进行参数修改即可,这样可以替代很多传统设计方法的手段,减少产品和机构的设计周期,提高设计品质。本文通过对装卸装置的起升机构在pro/e软件中进行三维建模、装配和运动仿真[2,3,4,5,6],设计出合理的曲柄滑块机构,应用在装卸装置中,能够满足其使用要求。

1 起升结构与工作原理

装卸装置整体机构大概可以分为三部分:链传动部分、滑轮组部分以及起升与移动部分,结构示意图见图1所示。传动链上的链板放置重物,电动机带动链轮转动,可将重物上下传送;滑轮组部分通过电动机带动,拉紧绳子,改变两支架角度,将框架右端升高到所需的高度;整体机构用四个轮子支撑,后轮上两个支架与后轮连接为铰接,支架1与框架为铰接,支架2与框架之间为滑动连接,两支架间夹角可变化。通过动力牵引该装卸装置的四轮运动即可移动到所需位置。本文重点分析起升机构特点。

1—前轮;2—框架;3—杆1;4—后轮;5—杆2

2 起升机构的运动模型建立

根据起升机构各零件的连接和运动特点,分析其特征组成,建立起升高部分各零件的三维模型,为了方便使用连接仿真时必须用到的基础元件和某些轴线,所以不用其装配时的实际零件三维模型,而是简化其具体结构,建立只是体现各零件之间的连接和运动关系的三维模型,然后进行连接和运动仿真,其机构原理为曲柄滑块机构。

2.1 曲柄滑块机构的装配

首先装配基础元件,因重物装至链板上以后,后轮位置基本不变,故以后轮固定于地面且前轮做滑动运动,所以建立的基础元件模型包括地面、地面上的固定块(后轮)和前轮做滑动运动时的轴线(图2中的杆)如图2所示。进入装配界面,用放置下拉菜单中的坐标系将基础元件固定,基础元件就连接完成。

1—杆;2—地面;3—固地块

其次装配曲柄、摇杆和滑块,如图3所示。因为前轮在地面移动,简化为滑块1;杆1为曲柄,框架为摇杆。用滑动杆(SLIDER)约束将滑块1连接于基础元件中的杆上,用销钉(PIN)约束将杆1与基础元件中的固定块3上的销孔连接,框架与杆1和滑块1的连接都用销钉约束,简单的曲柄滑块机构就可连接完成。

2.2 杆2的装配

机构升高需要通过两杆的之间的夹角变化,所以,需要装入杆2进行运动仿真,杆2装入时一端与基础元件中的固定块和杆1都是销钉连接;另外一端要沿着框架滑动,故设置滑块2与框架之间有相对移动关系。滑块2与杆2是销钉连接,与框架的连接本应是滑动杆连接(SLIDER),但是因为与杆2已经是销钉连接,限制了其沿某个面滑动的自由度,所以,滑块2 与框架的连接应该是圆柱连接(CYLINDER),不能再用滑动杆连接滑块(SLIDER)约束,这样才能正确定义连接,否则自由度过多限制,出现冗余约束,会导致连接失败。在定义连接时,因为框架位置固定,滑块同时连接杆2和框架,所以容易出现连接正确而组件安装失败的提示,那么很可能就是杆2放在不能安装的位置,此时,点击杆2“编辑定义”,在“移动”面板选择“旋转”,拖动杆2会自动旋转到正确的安装位置。连接好的机构如图3所示。

1—基础元件;2—滑块;3—框架;4—杆1;5—杆2;6—滑块2

3 运动仿真

所有连接约束完成后,进入机构模式,检查装配的连接情况,连接成功即可开始进行运动仿真。

3.1 添加伺服电动机

从图1的起升机构结构示意图中可以看出,该机构的动力由电动机提供,通过滑轮组上的绳子拉动杆1和杆2角度变化,将机构一端升高。而在pro/e软件里面是没有绳子这一元件的,所以综合分析机构运动特点,将机构仿真的运动轴设置在杆1与基础元件连接的销钉轴上,即将杆1作为主动件,其它元件为从动件进行仿真。

3.2 运动学仿真及结果分析

在运动学仿真中,可以得到几何图元和连接的位置、速度以及加速度,还可以得到机构运动的轨迹曲线等。

1) 位置分析

通过“分析”下拉列表中的测量,建立从框架顶端到基础平面的距离定义,利用拖动图标拖动杆1旋转,得到距离值为1000mm和3500mm时,杆2和框架的接触点位置,这样就可以确定杆2运动的两个极限位置,设置极限挡块,保证装卸机构可以装卸的高度范围在3.5m左右。

2) 运动学分析

设置运行条件,定义伺服电机severmotor1的驱动速度为1deg/sec,新建一个分析,分析类型为运动学,估计杆1与杆2之间的夹角为100°左右,所以运行时间60s,帧频设为100Hz,开始运行。运行结果为analysis definition,可分析运动时框架顶端的点距离基础元件的位置,速度及加速度,如图4所示。从速度和加速度曲线图可以看出,起升机构的升高基本是匀速运动,不会有大的速度波动,起升机构可以平稳上升。

(b)加速度曲线

3) 静态分析

定义“力/扭矩”作为机构的外部负荷,考虑油桶质量,作用在框架上的作用力大概为7500N,给机构加外负载7500N,定义为点力;另外因滑轮组绕绳子作用在杆1和杆2上,且作用力大小相等,方向相反,故在滑轮位置定义两个“点对点力”,给初始值3500N;伺服电机1仍然用之前运动学分析时定义的,摩擦力和重力忽略不计,点击“运行”,进行静态分析,查看测量结果,运行完成,如果在机构运动范围内达到平衡(加速度为0),则说明作用在滑轮上的力在这个值左右能够满足使用要求,否则,可以重新设置作用在滑轮上的力,直到满足要求。经分析比较,定义作用在滑轮上的力为3500N时迭代次数少,且最大加速度最小。如图5。

4 结论

利用pro/e可以进行机构的运动仿真,可以直观清楚的看到某些复杂机构设计的可行性,而且可以方便的进行参数修改,满足机构各方面的运动和使用要求。本例中通过结构分析和运动仿真,验证了该起升机构的可行性,并估算了作用在滑轮组上的作用力,为机构的强度校核和电动机的选择提供了参考。因上述机构的复杂性,本文基于pro/e的三维建模和运动仿真方法对于各种机械产品机构设计有一定的研究意义。

参考文献

[1]赵松年,等.现代设计方法[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2]谭加才,易际明.基于Pro/MECHANICA的机构运动仿真及应用[J].组合机床与自动化加工技术,2004(10):101-102.

[3]佟河亭,等.Pro/ENGINEER Wilkfire4.0机构运动仿真与动力分析[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[4]吴志辉,蹇兴东,史庆春.Pro/E在结构分析中的运用[J].组合机床与自动化加工技术,2008(5):75-77.

[5]王凯,曹西京.基于Pro/E的机械产品机构运动的仿真设计[J].轻工机械,2006(3):62-64.

叉车起升油缸下降缓冲技术研究 篇3

1 叉车起升油缸缓冲结构

叉车起升油缸, 在缓冲结构作用发挥重要作用, 活塞杆的作用优于突出。其能够连接上端通孔和底部, 贯穿缸筒, 并在活塞杆端部设置活塞。缸底也应设置同轴的缓冲轴套, 共同分布在缸底部。这种缓冲结构能够有效节省空间, 使油缸结构更加紧凑, 通过更换缓冲套, 对缓冲套和缓冲轴套之间的缝隙进行调整。

常用的缓冲方案有三种:间隙缓冲、可变节流缓冲和可调节缓冲。

间隙缓冲装置, 在封闭油腔中压力作用形成缓冲效果, 通过活塞运动, 减慢整体移动速度。这种缓冲装置有简单的结构, 但无法调节缓冲压力, 实现缓冲效果[1]。移动部件惯性是导致缓冲效果不佳的原因, 这种装置在移动速度要求不高的场合比较实用。

可变节流缓冲, 这种缓冲结构在活塞上设置三角形的轴向斜槽, 如果活塞与缸盖距离较近, 那么油液的流动途径, 在轴向三角形槽到回油腔, 缓冲压力导致活塞制动。这种缓冲装置能够改变自动节流口大小, 增加缓冲作用, 制动效果精确。

可调节缓冲装置的缓冲需要在节流阀和单向阀, 凸台进入凹腔。针对回油腔的油液只能通过针状节流阀流出, 在油缸内形成缓冲压力, 凸显活塞的制动作用。结合负载情况, 可以节流发开口大小, 对缓冲效果进行控制, 其适用范围较大。

在门架提升过程中, 当活塞杆起升到顶时, 叉车门架立即停止, 由于货物惯性对门架有很大冲击, 引起门架及整车的振动, 影响货叉上货物的平稳性, 甚至造成货叉上的货物掉落, 威胁到地面工作人员的人身安全, 针对现有技术的不足, 提供一种结构简单合理、成本低、便于加工安装的叉车门架提升下降缓冲技术方法, 实现对叉车门架提升和下降速度的有效控制, 同时大大提高叉车使用的安全性和稳定性[2]。

2 叉车起升油缸下降缓冲技术

增加液压源流量, 减少油缸工作面积的方法, 能够在一定程度上提升起升速度, 保证叉车整体的运作效果。而此时油缸下降的缓冲技术, 也是操作者需要掌握的重点。针对叉车运动作业的工程机械分析, 动力方面输出会影响发动机效率, 液压系统设定应符合下降规律。通常, 在叉车的驾驶室内设有一升降操作杆, 驾驶员操纵该升降操作杆来控制升降液压缸, 由此提升和下降货物。

现有A、B两个装置, 针对其起升油缸下降缓冲技术进行分析:

驾驶员将操纵手柄由平衡位置抬起, 开始降落门架, 此时手柄连接杆被向下按下。上牵引杠杆、中间连接杆、下牵引杠杆和阀连接杆随其动作, 被向下按下, 这样用于控制门架升降的多路换向阀阀杆按下[3]。多路换向阀被全部打开, 门架在重力作用下加速下降。当门架下降至接近底部一定距离时, 信号采集机构A的滚轮A与缓冲凸轮A接触, 缓冲凸轮A通过滚轮A推动信号采集机构A的摆杆A向下摆动, 进而通过下降缓冲软轴拉动复位装置A的滑座A向下移动。滑座A带动上牵引杠杆向下移动, 由于手柄连接杆此时固定不动, 上牵引杠杆便绕二者的铰结点转动。从而拉动中间连接杆、下牵引杠杆和阀连接杆向上移动, 使多路换向阀阀杆提升一定距离。多路换向阀开口减小, 由于阀口减小带来的节流作用, 门架下降速度逐渐降低到安全范围, 直至货叉降低至最低点时, 摆杆A完全复位, 门架下降完成, 整个过程自动实现。

驾驶员将操纵手柄由平衡位置按下, 开始提升门架, 此时手柄连接杆被向上拉起, 这样用于控制门架升降的多路换向阀阀杆抬起, 多路换向阀被全部打开, 门架全速提升。当门架提升至接近顶部一定距离时, 信号采集机构B的滚轮B与缓冲凸轮B接触。缓冲凸轮B通过滚轮B推动信号采集机构B的摆杆B向上摆动, 进而通过提升缓冲软轴拉动复位装置B的滑座B向上移动。滑座B带动下牵引杠杆向上移动, 由于中间连接杆此时固定不动, 下牵引杠杆便绕二者的铰结点转动, 从而推动阀连接杆向下移动。使多路换向阀阀杆按下一定距离, 阀开口减小, 由于阀口减小带来的节流作用, 门架提升速度逐渐降低到安全范围, 直至门架提升至最高点时, 摆杆B完全复位, 门架提升完成, 整个过程自动实现。

3 结语

叉车起升油缸下降缓冲技术, 实现结构简单, 稳定可靠, 便于加工安装, 利用杠杆原理, 通过简单机械调节多路换向阀的阀口大小, 对叉车门架起升下降油缸节流调速, 从而实现对叉车门架提升和下降速度的有效控制, 能够很好的解决叉车门架上升或下降过程中的冲击问题, 有效防止对工作环境及叉车本身的损伤, 提高了叉车使用的安全性和稳定性。

摘要：基于叉车起升油缸下降缓冲技术分析, 首先要掌握油缸缓冲结构, 然后分析油缸下降缓冲技术的实现, 为之后的设备应用奠定较好的基础。

关键词：叉车,起升油缸,下降缓冲技术

参考文献

[1]磨秋莹, 胡云波, 赵永霞, 刘杰.叉车起升油缸安全阀的设计[J].液压气动与密封, 2014, 09:8-10.

[2]刘光胜.抑制叉车起升油缸切换冲击的应用[J].物流技术与应用, 2016, 01:120-123.

钻柱起升系统控制器设计 篇4

1 控制模型的建立

钻柱起升系统可以用下图表示其控制结构:

直流电机起升时, 直流调速器6RA28 通过可控整流装置改变电枢进线电压大小, 从而改变电机转速。

交流起升时, 调速装置是变频器MM440, 改变交流异步电机电定子供电频率, 供电源频率的改变直接改变了旋转磁场的转速, 从而改变了交流电机转速。

调速机构可以用一个滞后环节来描述, 在工程上, 其传递函数常常可以等效为一个一阶惯性环节。电动机到滚筒之间依靠链传动, 电机转速n 与滚筒转速ng 成比例关系, 比例系数记为KL。滚筒转速ng 与游动系统大钩的位移成积分关系。

额定励磁下的直流电动机是一个二阶环节。游动系统大钩, 通过钢丝绳与滚筒直接相连, 滚筒动则大钩移动, 因此可以采用在滚筒上安装编码器, 间接计算游动系统大钩位移的方式来进行位移反馈计算, 位移反馈环节可以简化为一个比例环节。整个直流定位控制系统的等效开环传递函数为

其中:undefined为控制器要设计的PID校正环节。等效开环传递函数是一个Ι 型系统, 闭环控制下其阶跃响应的稳态误差为“0”, 在系统稳定的条件下可以获得良好的定位精度。

交流异步电动机的动态过程是由一组非线性方程微分方程描述的, 其动态数学模型是一个高阶的、非线性、强耦合的多变量系统, 要用一个传递函数来准确描述它的输入输出关系没有可能。异步电动机经过坐标变化可以等效为直流电动机, 磁动势 (电流) 通过坐标变换的矢量化, 产生励磁电流、电枢电流等虚拟信号量。这种进行坐标变化的控制系统称为矢量控制系统, 其控制的交流变压变频系统在静态、动态特性上完全能够和直流调速系统媲美。

2 控制器程序设计

2.1 直流电机控制

直流调速器6RA28 是西门子早期的产品, 不支持Profibus 现场总线技术, 其提供给计算机、PLC 等控制设备的数字接口仅有串口, 可以支持西门子USS 协议。钻机起升系统系统采用全数字化控制方案, 只有通过这一串口来扩展通信功能。

2.2 程序设计

西门子 S7-300 系列的CPU 314C-2DP 并不支持ASCII 驱动方式的USS 通信, 必需通过扩展标准串行通讯模块CP341 来实现。而所有的S7-200 系统CPU 均支持USS 协议。在综合考虑S7-200 的多功能性及价格因素后, 确立了以现有S7-200PLC (CPU:224 XP CN) 来驱动6RA28。6RA28 通过Em277 Profibus-DP 模块 (订货号:6ES7 341-1CH01-0AE0) 连接到S7-300 的DP 总线。信号的传递途径为:

314C-2DP?Em277 S7-200 6RA28

314C-2DP 控制器DP 总线的传输速率可以达到12Mbit/s, S7-200 与6RA28 之间共同支持的异步传输速率最大为38.4Kbit/s, 常用的有4.8、9.6、9.2Kbit/s。

S7-200 没有专门的USS 库指令来支持6RA28 的USS 通信。S7-200 CPU 的通讯口可以在自由端口模式下使用用户定义的通讯协议来实现与多种类型的智能设备的通讯。S7-200自由端口模式支持ASCII 和二进制协议。因此可以利用S7-200 的通讯口来实现ACCII 驱动的USS 协议。

6RA28 短报文共14 个字节内容, 前13 个直接为固定内容 (有用信息10 个字节, 当任务确定时, 内容就确定了) , 而最后一个字节则要根据前13 个字节的信息通过编程来实现对其以前的13 个字节的异或校验码。

至于是否可以利用支持MICROMASTER 通信的USS 指令库来实现对6RA28 的控制, 经比较两者的控制字、状态字等的差异, 笔者认为不能通用。但可以根据这种差异, 把相关控制位的信息调换, 也可以实现对6RA28 的控制。而其他如状态字, 参数字可以不去管它。

在6RA28 控制中, 主要使用的命令有:正向点动、反向电动、正向运转、反向运转、停车、快速停车等六种, 它们的命令一致, 尽管6RA28 闭环运行没有正向、反向控制, 但可以通过速度参数值的正负来区别。再仔细比较两者任务和响应的PNU 码, 6RA28 有的内容和MM440 一致, 话句话说, 6RA28 的任务通过MICROMASTER 驱动器的USS 指令都能够被识别和响应, 因此可以使用USS 协议库中的“USS_INIT”、“USS_CTRL”来控制6RA28直流调速装置运行。

3 结语

21世纪科学技术日新月异, 在提高钻井效率、降低钻井成本的技术要求不断推动下, 电动钻机大量的吸收了信息技术和材料科学发展的新成果, 正在朝自动化、智能化、高适应性、高经济效益、高可靠性、大型化方面发展。

摘要：钻柱起升系统由直流电机驱动, 经过减速器、盘式气动离合器带动滚筒进行起升。应用S7-200 PLC及其编程软件、6RA28直流调速器、光电编码器组成闭环, 对直流电机参数进行反馈控制。

关键词：钻柱,直流电机,编程,S7-200PLC

参考文献

[1]胡学林.可编程控制器 (基础篇) [M].北京:电子工业出版社, 2003.

起重机起升机构的冗余设计 篇5

可以通过增大起重机各种系数 (安全系数、高危险度系数等) 使金属结构各个环节有较大富裕, 实现保守设计。而对于起升机构, 增大系数能使其零件有富余量, 但不能增加起升机构的整体可靠性, 起升是起重机最基本的功能, 如果起升机构发生失效, 将对人员或经济造出特别严重的后果。

1 冗余设计简述

冗余设计即通过重复配置某些关键设备或部件, 当系统出现故障时, 冗余的设备或部件介入工作, 承担已损设备或部件的功能, 为系统提供服务, 减少宕机事件的发生, 就是一备一用, 防止正常运转的一路出现问题而可以及时切换使用, 保证了设备及系统运行的连续性。

需要进行冗余设计的起重设备有多种, 如冶金行业用铸造起重机的主起升机构、核电专用起重机的起升机构等。各种行业中, 为满足不同的使用要求, 这些起重机起升机构冗余设计的方法也不相同。

2 冗余设计方法

起重机的起升机构由驱动传动链 (电动机、联轴器、制动器、减速机和卷筒) 和绕绳系统 (钢丝绳、定滑轮组和吊钩组) 等组成, 所以冗余设计分为两部分:传动链冗余设计和绕绳系统冗余设计。

2.1 传动链冗余设计

起重机的驱动传动链如图1 所示, 正常情况下, 起升机构需要一条传动链, 为避免某些零件失效导致传动链断裂, 通常配置两套或多套零件, 设置两条传动链, 两套零件并行工作, 并且相互连接 (图中虚线来表示) 。

铸造起重机属于此类, 铸造起重机的主起升机构设置两套驱动装置, 并在输出轴刚性连接 (主起升机构设置两套驱动装置, 在输出轴上无刚性连接时或主起升机构设置一套驱动装置时, 均应在钢丝绳卷筒上设置安全制动器) 。

铸造起重机采用双吊点起吊钢包, 吊点间距大, 相当于抬吊, 常用的驱动传动示意图如图2、图3 和图4 所示。

传动链的冗余设计还有其他多种类型, 其核心方法就是通过传动链上各个零件的重复布置, 当某一零件失效时, 其他零件能够分担其功能, 保证传动链的完整性, 从而实现传动功能的连续性。

2.2 绕绳系统冗余设计

绕绳系统由多根钢丝绳组成, 每根钢丝绳独立缠绕, 并共同工作完成升降作业, 核电专用起重机的起升机构属于此类。

起升机构需要设置多联卷筒 (双联或四联卷筒) 和多联滑轮组 (双联或四联滑轮组) 。双联卷筒:两根钢丝绳分支绕入卷筒;四联卷筒:四根钢丝绳分支绕入卷筒。

四联卷筒的形式有:双螺旋槽双层缠绕和四螺旋槽单层缠绕。双螺旋槽双层缠绕:卷绕在卷筒上的内层钢丝绳作为外层钢丝绳的导向槽, 内外层钢丝绳同时卷绕。四螺旋槽单层缠绕:卷筒左右两端上, 每端有两组平行的螺旋槽, 内侧两组螺旋槽对应一根钢丝绳的两个绳端, 外侧两组螺旋槽对应另一根钢丝绳的两个绳端, 如图5 和图6 所示。

双联卷筒的形式有:单卷筒双螺旋槽单层缠绕和双卷筒双螺旋槽单层缠绕, 如图7 和图8 所示。图7 中, 两根钢丝绳独立工作, 一根钢丝绳在内侧的滑轮缠绕, 另一根钢丝绳在外侧的滑轮缠绕。图8 中, 第一类为钢丝绳在卷筒两端固定, 向中间缠绕;第二类为钢丝绳在中间固定, 向两端缠绕。

核电专用起重机的起升机构有特殊的绕绳方法, 如图6 和图7 所示。

3 结语

对于重要的专用起重机, 结构、机构及控制系统等组成部分的安全性是保证整机安全性的基础。特别是起升机构, 必须采用冗余设计, 从而保证重要机构的高安全性, 必要时可也对整个机构进行全冗余设计。

摘要：介绍专用起重机及其组成部件的安全重要性, 指出起重机冗余设计的概念, 根据起重机起升机构各组成部分的不同, 给出起升机构冗余设计的方法, 通过不同类型的起重机, 阐述其冗余设计的特点和步骤, 说明冗余设计是保证起重机安全的重要措施。

关键词：起重机,起升机构,冗余设计,安全性

参考文献

[1]EJ/T 801-1993, 核电厂专用起重机设计准则[S].

[2]JB/T 7688.5-2012, 冶金起重机技术条件第5部分:铸造起重机[S].

[3]孙薇薇, 周虹.有效的冗余设计[J].电子产品可靠性与环境试验, 2008, (3) :47-50.

[4]李新凯, 谢军强.新型单吊点铸造起重机冗余系统的设计方案[J].起重运输机械, 2010, (7) :19-39.

[5]陈松涛, 高宁, 王翰涛.核岛内环形起重机设计[J].起重运输机械, 2011, (6) :33-37.

钻机起升式底座立柱制作方法 篇6

石油钻机起升式底座是依据平行四边形原理在起升系统的作用下由低位整体起升至工作位置[1]。由于其具有安装方便、简单、安全的优点, 使得此形式的钻机底座在目前石油钻机中得到广泛应用[2]。

此类底座一般分为上、中、下三层结构。上层为钻台面部分, 主要用于安装台面设备;下层为放置在基础平面上的底座基座;中间为支撑钻台的立柱, 如图1所示。底座低位安装, 如图2所示, 通过起升、立柱旋转后至工作位置。立柱作为旋转机构中的连杆部分, 其制造精度影响着整个底座起升过程中起升力[3]和起升后上下层装配位置。如何制定经济合理的工艺方案, 保证立柱的制造精度是整个立柱制造过程的关键所在。

1 结构特点及制作难点分析

从图1、图2可以看出, 一般情况下, 一个底座的起升至少需要4个立柱支撑、旋转来完成。要保证起升平稳, 且起升力小, 就要保证立柱端头对应耳座孔同轴, 且4组对应耳座孔轴线应相互平行。如何保证4个立柱、16个耳座孔分别同轴且轴线相互平行是立柱制造过程中的难点。

1.底座上层2.立柱3.底座基座

如图3所示, 立柱一般为H钢组焊的刚性架体和端头为钢板焊接的耳座。耳座用于连接底座上下层, 同时通过旋转实现底座的起升。由图3可以看出, 立柱架体外形尺寸和耳座的孔距较大, 如果采用加工设备来保证孔的尺寸, 就需要大型或专用的加工设备, 这就使生产成本急剧增加。同时钢结构件焊后都会存在一定的变形, 这就给立柱的生产制作带来一定的困难。

1.立柱耳座2.立柱架体

2 解决方法

综合以上分析, 要提高立柱的制造精度, 必须解决耳座孔的同轴度、耳座孔轴线的平行度、孔距的长度误差以及加工设备的问题。

1) 耳座单独焊接。单独加工耳座底板及孔, 此加工过程仅需一般加工设备即可,

2) 架体单独焊接。焊接时严格控制焊接过程, 减少架体的焊接变形, 焊后调整变形, 矫正焊接变形和适当释放残余应力。用端面铣或其它加工设备加工立柱架体端头, 保证立柱长度。

3) 利用工装进行耳座与架体的对接。a.制作图4中所示的工装支座1和配合使用的工装轴3。工装轴与工装支座及立柱耳座孔为间隙配合[4]。b.将工装座摆放在平台上, 穿工装轴, 检测工装轴轴线平行, 耳座孔距与立柱孔距尺寸相等, 调整工装支座至要求范围内后将其固定于平台上。c.将工装轴依次穿入工装支座、立柱耳座, 将立柱架体按线摆放与工装座之间, 进行耳座与立柱架体的对接。d.在原位进行立柱耳座的焊接, 焊后抽出工装轴即可完成耳座与立柱的对接。e.保证此工装耳座位置不变, 再组焊其余立柱。

1.工装支座2.立柱架体3.工装轴4.立柱耳座

通过以上方法即可完成底座中立柱的制作。利用固定的工装, 既可保证立柱耳座孔的同轴度、平行度, 还可保证多个立柱耳座孔孔距等长。

3 应用情况

该工艺方法独特, 工装结构简单, 应用范围广, 使用方便, 且安全可靠、效率高, 生产制造成本低, 能满足产品制造精度要求, 经济实用。本方法在宝石机械公司的石油钻机底座制造中得以应用, 同时, 本工艺方法可用于大跨距组孔构件的制造方法, 不仅能保证组孔间的同轴度和平行度等要求, 还能保证多个构件的孔距相等。

参考文献

[1]《石油钻机》编委会.石油钻机[M].北京:石油工业出版社, 2012.

[2]常玉连.石油钻机底座的发展[J].石油机械, 1989, 17 (6) :38-44.

[3]张学军.ZJ70DB钻机底座起升过程力学分析[J].南阳理工学院学报, 2009, 1 (4) :38-40.

门机回转起升机构溜钩故障分析 篇7

潘家口水库主坝#19～#22电站坝段顶部安装有1台250t/32t双向门机,用于启闭电站机组进水口检修门,起吊电站机组进水口拦污栅、盖板及坝上其它设备。该门机跨距为14m,基距为9m,主起升容量为250t,扬程为90m,起升速度为2.2m/min,坝顶轨面以上扬高为16.5m;主起升带2套液压式自动抓梁,容量分别为250t和150t,主起升活动范围上下游控制在8.5m;门机上游侧带有2套回转吊,回转半径为12m,回转角度为180°,容量为32t,扬程为75m,起升速度为8.3m/min,电机型号为JZR262-10,制动器型号为YWZ4-400/E121。

某次,用门机回转吊库内一自重为15t的游船至坝面时出现异常:操纵控制器手柄由“3”档拉回“0”位停车时,重物经短暂的加速下降后制动器才夹紧制动轮,即出现溜钩现象;在下降过程中,由“3”档拉至“2”档时,下降速度会减慢,而由“2”档拉至“1”档时,下降速度会变快。回转起升机构电气原理图如图1所示。

2 故障分析与排除

2.1 故障的初步分析

根据经验,故障原因大致可从以下几方面进行查找。

(1)联动台凸轮某些部位接触不良,造成个别档位接触不良,影响控制指令的发出。

(2)制动器制动间距过大,需要调整制动间隙。

(3)加速时间继电器时间调整有误。

(4)控制柜上的某些元件损坏、拒动或存在接线错误。

(5)控制回路原理性问题或其它问题。

2.2 故障定位分析

(1)由于故障是在吊重物的过程中发生的,因此首先考虑制动器制动间隙因素。多次调整制动器制动间隙并试车,故障现象均未得到改善,因此初步认定故障与制动间隙关系不大。

(2)考虑到可能是加速时间继电器时间调整问题,因此对加速时间进行微调,并配合调整制动器间隙,但多次调整与试车后,故障依旧。

(3)进行联动台凸轮控制器检查。首先,用万用表配合手动操作控制手柄检测联动台凸轮控制器的闭合情况,检测凸轮在对应的各档位是否存在接点粘连、异常断开等情况。经查,凸轮控制器闭合情况良好。随后,拆除联动台的外引控制电缆线芯,用万用表检测线芯接线是否符合原理图。检测结果表明,线芯接线符合原理要求,接线正确。

(4)对照原理图,检查回转起升机构电气控制柜(以下简称控制柜)内部的电气配线,结果完全符合电气原理图的要求,不存在问题。

(5)断开控制柜内的主回路电源,供给控制回路电源后,操作联动台,检查在各档位下控制柜内元件的动作情况。初步检查发现,控制柜内部分元件存在在某个档位下不动作的情况,尤其是在下降制动期间,由“2”档扳到“1”档时,ZC不能够吸合,而按照控制原理,ZC在该环节应吸合。由于接线检查未发现问题,因此可初步判断故障在控制柜内。

如图1所示,当操纵控制器手柄离开“0”位后,通过控制器的“0”位使零压接触器LYJ线圈得电[1],其串接于控制回路的辅助触头闭合自锁,为回转起升机构的运行做好准备。

控制器手柄由“0”档扳到下降“1”档时,由于电机未接通电源,制动器未打开,因此不会出现重载下降、轻载不降反升的现象。

控制器手柄由“1”档扳到下降“2”档时,FJC短接部分电阻,电机串入较大电阻,制动器松开,电机定子接入单相交流电,电机运行于单相制动状态。

控制器手柄由“2”档扳到下降“3”档时,FC、1JSC～3JSC相继通电吸合,最终短接全部电阻,电机开始全速运行。

当重物接近目标点时,操纵控制器手柄,开始制动停车。先将控制器手柄由“3”档扳到下降“2”档,此时,电机处于单相制动状态,获得低速下降。当控制器手柄由“2”档扳到下降“1”档时,1LSJ失电导致ZC失电,而ZDC要经短暂的延时后才失电,即在控制器手柄由“2”档扳到下降“1”档时,电机因失电而失去了电磁转矩的控制,制动器又没有抱紧制动轮,重物处于自由落体状态,且随1LSJ时间整定的不同,制动器的制动效果会不同,时间整定值越大,重物溜钩就会越明显。由此问题原因终于找到,很好地解释了故障缘由。

2.3 故障处理

针对故障原因,将ZC线圈回路的1LSJ瞬动型触头改为断电延时型,将ZDC线圈回路的1LSJ断电延时型触头改为瞬动型。改造后,控制器手柄由“2”档扳到下降“1”档时,并接于ZC线圈回路的1LSJ断电延时触头延时断开,使得ZC线圈通电吸合,接通电机正转电源;在ZDC与ZC通电吸合的情况下,电机工作在倒拉反接制动状态,实现了重型负载的低速下降。控制器手柄由“1”档扳到下降“0”档时,1LSJ断电延时触头的延时断开,使制动器先制动并使电机产生一个短暂的提升转矩,在制动器制动转矩与提升转矩的共同作用下可防止溜钩。

调整电气接线后,再次用该回转起升机构对库区内的游船进行起吊,原故障现象消失,现场制动效果良好,刹车后的制动间隙满足要求。

2.4 继续探究

分析原理图发现,控制器手柄由“2”档扳到下降“1”档时,在ZC延时断电的过程中,ZDC会存在一个短暂的失电过程,而该失电时长与1LSJ的时间调整有关,1LSJ时间调整得越长,失电效果就越明显,制动器暂时性的制动过程就越明显。虽然在此期间,制动器的短暂制动过程对整车制动起到了作用,但事实上,整个机构的制动是经过一个倒拉反接制动使速度下降并最终停车。如果门机利用率较高,那么易造成制动器过度磨损而提前报废。鉴于此,对ZDC的线圈回路继续予以改进,将串接于ZDC控制回路的1LSJ瞬动型触头改为断电延时型,这样使得在ZC延时断电的过程中ZDC也延时断电,确保了制动的整体效果。

3 总结

(1)加速的时间整定需根据负载的不同而做出相应的调整。若负载较重,则可将1LSJ时间调整得相对长些,这样有利于保证制动停车的效果;若轻载时仍将1LSJ的时间调整较长,则电机可能会堵转。

(2)通常,对重型负载进行短距离下降时,可选择下降“1”档,以倒拉反接制动下降;对轻型负载进行短距离下降时,可选择下降“2”档,以单相制动下降;对轻型和中型负载进行长距离下降时,可选择下降“3”档,以强力或再生制动下降;对重型负载进行长距离下降时,可选择将控制器手柄扳至下降“3”档作高速下降,当距离落放点较近时,再将手柄扳回下降“1”档,以低速来完成余下行程的下放[1]。

(3)检修过程中,不能过分坚持原控制原理,要从实际情况出发,善于发现不足,及时完善控制原理。

摘要：针对门机回转起升机构溜钩故障进行分析,指出控制原理的不足,并结合检修总结运维经验。

关键词：门机,溜钩,加速时间继电器,制动

参考文献