趙麗媛 常中龍 李 力 張一然

北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007

0 引言

隨著人們物質(zhì)生活消費(fèi)水平的提高，生活垃圾也愈加增多，對于垃圾的無污染處理亟需解決。目前，通過生活垃圾發(fā)電處理廠解決生活垃圾的無害利用問題。因此針對垃圾處理廠的工業(yè)配套設(shè)備也在不斷地增多，其核心設(shè)備垃圾抓斗起重機(jī)在生活垃圾處理方面也變得愈發(fā)重要。垃圾處理行業(yè)為24小時(shí)工作制，因此抓料設(shè)備的運(yùn)行效率至關(guān)重要。針對目前四繩機(jī)械抓斗起重機(jī)運(yùn)行效率低的問題，本文提出一種四繩抓斗起重機(jī)鋼絲繩預(yù)緊的控制方法，用以提高起重設(shè)備的運(yùn)行效率。

1 四繩機(jī)械抓斗的結(jié)構(gòu)及工作方式

上橫梁（含滑輪組）、下橫梁（含滑輪組）、拉桿和抓斗部為四繩機(jī)械抓斗的重要組成部分，并與起重機(jī)小車上帶有兩組卷筒的橋式起重機(jī)配合使用[1]。兩組卷筒分別為控制抓斗起升和控制抓斗開閉。如圖1所示，每組卷筒引出2根鋼絲繩，共4根鋼絲繩，其中2根鋼絲繩與抓斗頂部平衡粱連接，作為升降支持用；另外2根穿過抓斗頂部，與上橫梁與下橫梁的滑輪組連接，起抓斗開閉作用。

圖1 四繩機(jī)械抓斗

1.1 四繩機(jī)械抓斗的工作方式

1）抓料預(yù)備階段 升降鋼絲繩向上升提升抓斗，起升鋼絲繩受力；下橫梁鋼絲繩滑輪組下降，負(fù)責(zé)開閉抓斗鋼絲繩放松，抓斗打開。大小車運(yùn)行至物料堆上方，此時(shí)抓斗的質(zhì)量全部由起升鋼絲繩承受。

2）抓料進(jìn)行階段 升降鋼絲繩下降放松，抓斗打開下落在物料上方，負(fù)責(zé)閉合的鋼絲繩開始起升，通過滑輪組帶動抓斗閉合以實(shí)現(xiàn)抓取物料。起升瞬間，閉合鋼絲繩單獨(dú)受力[2]，起升鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，隨后開始逐漸收緊，負(fù)載的全部質(zhì)量由起升鋼絲繩和閉合鋼絲繩共同承擔(dān)。

3）物料釋放階段 大小車及抓斗運(yùn)行至卸料點(diǎn)上方。下降鋼絲繩及閉合鋼絲繩緩慢下降至卸料點(diǎn)位置，閉合鋼絲繩緩慢下降放松，抓斗隨之打開，物料釋放完畢。

2 四繩機(jī)械抓斗存在的問題

在抓料進(jìn)行階段，為了提高抓料時(shí)的抓滿率，抓斗在下降時(shí)通常以較快的速度沖向物料，沉入物料內(nèi)部，此時(shí)起升和開閉鋼絲繩處于完全松弛狀態(tài)。在四繩機(jī)械抓斗抓料閉合過程中，由于通常都是開閉電機(jī)先動作，帶動開閉鋼絲繩上升，升降鋼絲繩保持靜止，形成抓斗閉合動作。伴隨著閉斗動作的完成，開閉鋼絲繩繃緊逐漸上升受力，而升降鋼絲繩仍處于松弛狀態(tài)。取料完畢準(zhǔn)備上升時(shí)，通常需要人工先調(diào)整升降鋼絲繩與開閉鋼絲繩同步緊繃平衡后再上升?；蛟谏仙倪^程中，起升鋼絲繩加速去追趕開閉鋼絲繩，達(dá)到同步受力平衡后再保持速度一致。上述無論哪種方式，都將降低抓斗提升的工作效率，增加了操作的復(fù)雜程度，降低鋼絲繩的使用壽命。

本文提出一種針對四繩機(jī)械抓斗在抓料時(shí)開閉鋼絲繩上升過程中，同步預(yù)緊升降鋼絲繩的控制方法，使抓斗在閉合完畢時(shí)，升降鋼絲繩與開閉鋼絲繩均能保持繃緊狀態(tài)，同步受力均勻。

3 四繩機(jī)械抓斗預(yù)緊控制方法

四繩抓斗一般為物料的搬運(yùn)吊具，可配備不同形式的抓斗起重機(jī)。由于生產(chǎn)效率的不同導(dǎo)致抓斗起重機(jī)設(shè)置的速度不同，其內(nèi)部的控制系統(tǒng)也不同。四繩抓斗起重機(jī)由2臺變頻器控制，分別為負(fù)責(zé)起升鋼絲繩的變頻器和負(fù)責(zé)開閉鋼絲繩的變頻器[3]。本文設(shè)計(jì)一種四繩機(jī)械抓斗起重機(jī)抓料時(shí)鋼絲繩預(yù)緊的控制方法。主要解決常規(guī)四繩機(jī)械抓斗在抓料閉合時(shí)，升降鋼絲繩與開閉鋼絲繩不能自動保持同步繃緊狀態(tài)，導(dǎo)致升降、閉合機(jī)構(gòu)工作效率低，操作較為復(fù)雜，鋼絲繩受力不均、使用壽命短等問題。

該方法中涉及的控制核心內(nèi)容包括兩大主要系統(tǒng)：抓斗狀態(tài)檢測系統(tǒng)、抓斗開閉和升降控制驅(qū)動系統(tǒng)。抓斗狀態(tài)檢測系統(tǒng)主要功能為檢測抓斗實(shí)時(shí)質(zhì)量信號，并將相關(guān)信號數(shù)據(jù)發(fā)送給控制驅(qū)動系統(tǒng)，用以判斷抓斗是否已經(jīng)落在物料表面。該檢測系統(tǒng)是以安裝在起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)上的質(zhì)量傳感器（見圖2），以及變送器、無線收發(fā)裝置為核心器件，將檢測到的質(zhì)量信號經(jīng)無線收發(fā)裝置傳輸給中央可編程控制器PLC，通過質(zhì)量值來判斷抓斗是否處于落料狀態(tài)。

圖2 重量傳感器布置圖

起重機(jī)抓斗開閉和升降控制驅(qū)動系統(tǒng)是以PLC中央控制器為核心控制器件，以旋轉(zhuǎn)編碼器為位置檢測元件，以開閉變頻器和升降變頻器為調(diào)速裝置[4]，用Profibus現(xiàn)場總線將PLC與兩臺調(diào)速變頻器連接成控制驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)，以開閉電機(jī)和升降電機(jī)為開閉鋼絲繩和升降鋼絲繩的驅(qū)動裝置組成控制驅(qū)動系統(tǒng)（見圖3）。PLC通過接收抓斗狀態(tài)檢測系統(tǒng)發(fā)送過來的質(zhì)量信號并轉(zhuǎn)換為相關(guān)數(shù)據(jù)，通過PLC程序控制變頻器來驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行相關(guān)的動作。

圖3 控制驅(qū)動系統(tǒng)圖

鋼絲繩預(yù)緊控制方法是通過抓斗狀態(tài)檢測系統(tǒng)提供的質(zhì)量信號來判斷抓斗是否已經(jīng)落在物料上處于取料狀態(tài)，當(dāng)PLC程序判斷抓斗確實(shí)落在物料上并開始取料時(shí)，起重機(jī)抓斗開閉和升降控制驅(qū)動系統(tǒng)的PLC在抓斗抓料閉合的過程中會通過升降變頻器自動給升降驅(qū)動電機(jī)分配一個(gè)小轉(zhuǎn)矩，使升降鋼絲繩緩慢上升并保持預(yù)緊狀態(tài)。當(dāng)抓斗取料完畢后，開閉電機(jī)與升降電機(jī)同步上升時(shí)，開閉鋼絲繩與升降鋼絲繩將基本保持同步，受力均勻。

此控制方法可有效提高起重機(jī)工作效率，優(yōu)化鋼絲繩工作狀態(tài)，大幅提高鋼絲繩使用壽命。結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，具有良好的通用性，適用于目前大多數(shù)的四繩機(jī)械抓斗起重機(jī)。

4 總結(jié)

本文通過對四繩抓斗起重機(jī)的抓斗機(jī)構(gòu)及運(yùn)行原理的分析，提出其運(yùn)行效率低的可能原因，并提出一種鋼絲繩預(yù)緊的方法。該方法采用PLC及變頻器控制的方法，對開閉電機(jī)及升降電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)當(dāng)抓斗取料完畢后，開閉電機(jī)與升降電機(jī)同步上升時(shí)，開閉鋼絲繩與升降鋼絲繩將基本保持同步，受力均勻。避免在抓料時(shí)，升降鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，在上升的過程中，起升鋼絲繩無需加速去追趕開閉鋼絲繩，節(jié)省了時(shí)間，進(jìn)而提升了四繩抓斗搬運(yùn)物料的運(yùn)行效率。