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摘 要:塔式起重机电阻器阻值易受人为和环境因素影响发生改变,导致塔吊小车运行不平稳,影响作业安全。本文在探讨速度控制原理的基础上,通过理论分析、仿真模拟和实验验证,给出控制速度变化的策略,绘制相应的工作原理图,获得变阻器的阻值计算公式。仿真和实验结果表明:电阻匹配保证了塔吊小车的运行速度,使塔吊稳定可靠的工作。
关键词:塔吊速度控制电阻器 仿真
中图分类号:TH213.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0084-02
1 引言
先进的塔式起重机可实现全变频无极调速功能,运转平稳可靠,主要包括三方面运动:垂直起升,前后变幅和左右回转。苏晴等人[1]采用模糊控制器方式进行了岸边集装箱起重机的防摇及速度控制研究。李春文等人[2]采用多变量逆系统方法进行了起重机升降系统控制研究。齐亮等人[3]基于PLC软件方法实现了集装箱装卸桥小车速度环PI闭环控制。季庸惠[4]在综合对比基础上提出了晶闸管变频调速方法进行起重机速度控制。施江肖等人[5]采用PLC和变频器控制恒转矩电机的方法进行塔吊的速度控制和整体性能改善。
塔式起重机长期使用过程中,因维修人员无意碰触,机械振动或其他环境因素影响,小车速度控制板上的可变电阻器阻值发生变化。阻值变化引起变频器电压信号变化,进而影响塔吊小车的行走速度和限位动作,严重情况下导致小车冲出起重臂或撞上塔身。本文针对这一问题,对电阻器阻值与速度控制效果的关系进行了研究。
2 速度控制原理及意义
2.1 塔吊速度控制
塔吊吊钩的起降速度,塔吊小车的运行速度和塔吊起重臂的回转速度,都通过操作手柄进行控制。操作手柄调节电位器阻值,输出不同的控制电压给变频器,变频器根据控制电压的大小,输出相应的电压频率给行走电机,实现各个运动速度控制的目的。其中,电位器电压由速度控制板供给。通过调节速度控制板供给电位器电压的大小,可实现速度调节幅度的控制。另外,当操作手柄被扳到最大位置时,如果塔吊运行速度过快,可减小速度控制板供给电位器的电压值,以降低塔吊运行速度,满足使用需求。因此,结合操作手柄和速度控制板的双重调节作用,能准确控制吊车正常运行时的速度调节范围。本文涉及的塔吊速度信号控制流如图1所示。
2.2 塔吊小车速度控制原理
塔吊小车工作周期包括小车加速运行、平稳运行和减速运行三个阶段。其中,小车运行到接近起重臂头部或根部时,触发减速限位信号,进入减速运行阶段。小车减速运行一定安全距离后触发断开限位信号,实现平稳停车。如果减速运行时的速度比较大,在触发断开限位信号时,小车由于惯性较大,易冲出起重臂或撞上塔身,发生作业事故。
综上可知,减速运行关系塔吊小车的控制效果和使用安全。因此,了解小车减速运行阶段速度控制的原理,并通过速度控制板实现减速阶段速度大小的控制,有利于塔吊的正常运作。图2是限位动作时小车的运行流程。图3是塔吊小车速度运行控制的DVT电路图。
2.3 速度控制意义
为防止操作者随意调节速度控制板上三个可变电阻器的阻值及商业原因,厂家在使用说明书上对电路图作了屏蔽处理。一般情况下,因人为或环境影响造成电阻器阻值发生变化时,使用者购买新的速度控制板加以替换或通过不断调试自行解决,产生严重的资源和时间浪费,影响工作进度。
3 速度控制方案及验证
3.1 速度控制单元及控制板
塔吊小车运行时,通过调整速度控制板上三个可变电阻器的阻值和操作手柄作用于电位器的输出电压,可实现小车行走变速和限位减速等控制效果,保障了小车的安全行走。图4是速度控制板和变频器等元器件组成的速度控制单元。
3.2 速度控制方案
本文对速度控制板中的元件进行辨识,推导出速度控制板上三个可变电阻器的准确位置,最终绘制出速度控制板原理图,如图5所示。当塔吊小车行走速度出现异常时,根据速度控制板原理图迅速判断出是哪个电阻器的阻值出现变动,并进行相应调整。
3.3 速度控制验证
在绘制速度控制板原理图的基础上,经过仿真电路模擬和大量实验进行结果验证。在速度控制板不同输入输出条件下,不断地调节和优化三个可变电阻器的阻值,校验速度控制板输出的电压是否接近和达到塔吊说明书中的设置值。其中,仿真电路模拟速度控制板的功能,通过调节输入开关和电位器得到理想的参数组合。塔吊小车速度控制验证方式如图6所示。其中,13号线输出的控制速度电压信号由操作手柄中的电位器调节后的输出值或三个电阻器的输出值。电压信号的大小与变频器输出电压频率成正比,因此减速限位的电压信号控制在1.2V左右时能保证塔吊小车的运行安全。
通过反复调节和测试实验,实现了速度控制板输出电压满足产品生产厂家的设置,使塔吊小车能顺利完成预期的运行速度及限位动作后的减速速度等要求。
实验结果表明三个可变电阻器的阻值保持下述比例关系时最合理:R0∶R1∶R2=5∶8.8∶1.2。同时,实验结果也证明了本文所绘制的速度控制板原理图准确可行。
4 结语
本文对塔吊小车的运行速度控制进行了深入研究,并获得了电阻器的阻值匹配关系式。当塔吊小车的速度控制出现异常,操作者可根据实验结果进行相应的调整,解决了重新购买速度控制板的问题,节约了成本,减少了调整时间,确保了工程进度。本文研究成果为操作者进行塔吊维修提供了保障,具有很大的推广价值。
参考文献
[1] 苏晴,张氢．岸边集装箱起重机防摇及速度控制研究．建筑机械,2002,87-92．
[2] 李春文,曹玲芝,苗维普．基于逆系统滑模方法的起重机速度控制系统设计．2008,29(10):27-30．
[3] 齐亮,李众,李彦．集装箱装卸桥小车速度环PI闭环控制的PLC 软件实现．华东船舶工业学院学报(自然科学版),2004,18(5):44-47．
[4] 季庸惠．起重机工作速度的控制方案与原理．昆明理工大学学报,1999,24(3):64-68．
[5] 施江肖,倪敬,姜晓勇,项占琴．应用PLC和变频器改进塔吊性能．机电工程,2001,18(5):135-136．
关键词:塔吊速度控制电阻器 仿真
中图分类号:TH213.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0084-02
1 引言
先进的塔式起重机可实现全变频无极调速功能,运转平稳可靠,主要包括三方面运动:垂直起升,前后变幅和左右回转。苏晴等人[1]采用模糊控制器方式进行了岸边集装箱起重机的防摇及速度控制研究。李春文等人[2]采用多变量逆系统方法进行了起重机升降系统控制研究。齐亮等人[3]基于PLC软件方法实现了集装箱装卸桥小车速度环PI闭环控制。季庸惠[4]在综合对比基础上提出了晶闸管变频调速方法进行起重机速度控制。施江肖等人[5]采用PLC和变频器控制恒转矩电机的方法进行塔吊的速度控制和整体性能改善。
塔式起重机长期使用过程中,因维修人员无意碰触,机械振动或其他环境因素影响,小车速度控制板上的可变电阻器阻值发生变化。阻值变化引起变频器电压信号变化,进而影响塔吊小车的行走速度和限位动作,严重情况下导致小车冲出起重臂或撞上塔身。本文针对这一问题,对电阻器阻值与速度控制效果的关系进行了研究。
2 速度控制原理及意义
2.1 塔吊速度控制
塔吊吊钩的起降速度,塔吊小车的运行速度和塔吊起重臂的回转速度,都通过操作手柄进行控制。操作手柄调节电位器阻值,输出不同的控制电压给变频器,变频器根据控制电压的大小,输出相应的电压频率给行走电机,实现各个运动速度控制的目的。其中,电位器电压由速度控制板供给。通过调节速度控制板供给电位器电压的大小,可实现速度调节幅度的控制。另外,当操作手柄被扳到最大位置时,如果塔吊运行速度过快,可减小速度控制板供给电位器的电压值,以降低塔吊运行速度,满足使用需求。因此,结合操作手柄和速度控制板的双重调节作用,能准确控制吊车正常运行时的速度调节范围。本文涉及的塔吊速度信号控制流如图1所示。
2.2 塔吊小车速度控制原理
塔吊小车工作周期包括小车加速运行、平稳运行和减速运行三个阶段。其中,小车运行到接近起重臂头部或根部时,触发减速限位信号,进入减速运行阶段。小车减速运行一定安全距离后触发断开限位信号,实现平稳停车。如果减速运行时的速度比较大,在触发断开限位信号时,小车由于惯性较大,易冲出起重臂或撞上塔身,发生作业事故。
综上可知,减速运行关系塔吊小车的控制效果和使用安全。因此,了解小车减速运行阶段速度控制的原理,并通过速度控制板实现减速阶段速度大小的控制,有利于塔吊的正常运作。图2是限位动作时小车的运行流程。图3是塔吊小车速度运行控制的DVT电路图。
2.3 速度控制意义
为防止操作者随意调节速度控制板上三个可变电阻器的阻值及商业原因,厂家在使用说明书上对电路图作了屏蔽处理。一般情况下,因人为或环境影响造成电阻器阻值发生变化时,使用者购买新的速度控制板加以替换或通过不断调试自行解决,产生严重的资源和时间浪费,影响工作进度。
3 速度控制方案及验证
3.1 速度控制单元及控制板
塔吊小车运行时,通过调整速度控制板上三个可变电阻器的阻值和操作手柄作用于电位器的输出电压,可实现小车行走变速和限位减速等控制效果,保障了小车的安全行走。图4是速度控制板和变频器等元器件组成的速度控制单元。
3.2 速度控制方案
本文对速度控制板中的元件进行辨识,推导出速度控制板上三个可变电阻器的准确位置,最终绘制出速度控制板原理图,如图5所示。当塔吊小车行走速度出现异常时,根据速度控制板原理图迅速判断出是哪个电阻器的阻值出现变动,并进行相应调整。
3.3 速度控制验证
在绘制速度控制板原理图的基础上,经过仿真电路模擬和大量实验进行结果验证。在速度控制板不同输入输出条件下,不断地调节和优化三个可变电阻器的阻值,校验速度控制板输出的电压是否接近和达到塔吊说明书中的设置值。其中,仿真电路模拟速度控制板的功能,通过调节输入开关和电位器得到理想的参数组合。塔吊小车速度控制验证方式如图6所示。其中,13号线输出的控制速度电压信号由操作手柄中的电位器调节后的输出值或三个电阻器的输出值。电压信号的大小与变频器输出电压频率成正比,因此减速限位的电压信号控制在1.2V左右时能保证塔吊小车的运行安全。
通过反复调节和测试实验,实现了速度控制板输出电压满足产品生产厂家的设置,使塔吊小车能顺利完成预期的运行速度及限位动作后的减速速度等要求。
实验结果表明三个可变电阻器的阻值保持下述比例关系时最合理:R0∶R1∶R2=5∶8.8∶1.2。同时,实验结果也证明了本文所绘制的速度控制板原理图准确可行。
4 结语
本文对塔吊小车的运行速度控制进行了深入研究,并获得了电阻器的阻值匹配关系式。当塔吊小车的速度控制出现异常,操作者可根据实验结果进行相应的调整,解决了重新购买速度控制板的问题,节约了成本,减少了调整时间,确保了工程进度。本文研究成果为操作者进行塔吊维修提供了保障,具有很大的推广价值。
参考文献
[1] 苏晴,张氢．岸边集装箱起重机防摇及速度控制研究．建筑机械,2002,87-92．
[2] 李春文,曹玲芝,苗维普．基于逆系统滑模方法的起重机速度控制系统设计．2008,29(10):27-30．
[3] 齐亮,李众,李彦．集装箱装卸桥小车速度环PI闭环控制的PLC 软件实现．华东船舶工业学院学报(自然科学版),2004,18(5):44-47．
[4] 季庸惠．起重机工作速度的控制方案与原理．昆明理工大学学报,1999,24(3):64-68．
[5] 施江肖,倪敬,姜晓勇,项占琴．应用PLC和变频器改进塔吊性能．机电工程,2001,18(5):135-136．