吊具电缆卷盘驱动方式比较
桥吊吊具控制系统主要由电气系统和机械系统两部分构成，通过这两部分的相互配合来控制整个系统，达到主起升机构同步的目的。
由于软件编程灵活性高，电气系统调整较为方便，同时可在一定程度上弥补机械系统的不足，因此，吊具控制系统的改造重点一般为电气系统改造。
吊具电缆卷盘驱动方式是吊具电气控制的重要部分，本文介绍目前广泛使用的磁滞变频驱动方式和全变频闭环控制驱动方式，并比较其优缺点，为吊具电缆卷盘驱动方式的选择提供依据。
下载论文网 1 吊具电缆卷盘磁滞变频驱动方式 1.1 磁滞变频驱动方式的工作原理 桥吊吊具电缆卷盘属于垂直移动供电，磁滞变频驱动方式的工作原理如图1所示。
传动机构由2个磁滞动力头组成，磁滞动力头由磁滞联轴器和变频电机构成，磁滞联轴器的扭矩根据吊具的提升高度、速度、加速时间和电缆自重等参数确定。
吊具电缆卷盘控制系统用于控制吊具电缆随主起升机构升降，并采集主起升机构的速度和高度信号。
电缆卷盘控制系统将主起升机构高度信号转化为吊具电缆在电缆卷盘上的位置，以确定电缆的运动半径，进而将起升线速度转化为电缆卷盘的角转速，从而决定电缆卷盘驱动电机的转速。
主动盘（感应盘）和从动盘（永磁盘）通过磁耦合连接， 当主动盘由电机带动旋转时，相对磁极错开一个角度，磁力产生扭曲，磁系统位能升高，产生切力，牵引从动盘转动。
当主动盘与从动盘不同步时，磁力线被切割，产生大量热能。
磁滞联轴器传递的扭矩越大，主、从动磁体的剩余磁感应强度越大，两盘的转速滑差越大，磁滞联轴器传递的热量越大。
当磁滞联轴器的力矩大于时，由于传递扭矩大，产生的热量大，因此磁滞联轴器使用寿命大幅缩短。
1.2 磁滞变频驱动方式的运动状态 1.2.1 主起升机构上升 主系统控制合上、起升手柄向上，此时电缆卷盘首先收到起升手柄命令，以20%的电机额定转速进行正转，由于磁滞联轴器的力矩建立需要一定时间，为保证跟随效果，其在收到起升手柄命令后立即反馈电缆卷盘运行信号给主系统，主系统在收到电缆卷盘运行信号后才允许起升运行（速度势能）。
这样在启动时电缆卷盘能与主起升机构较好地实现同步，电缆跟随效果较为理想。
当主起升机构速度大于1.5%的最大速度时，电缆卷盘会根据主起升机构的实时起升速度和高度，确定电机所需转速。
实际给定转速比电机所需转速快，使得主动盘与从动盘之间产生滑差，从而确保两盘间具有一定扭矩，使电缆卷盘始终保持张力以收取电缆。
当起升手柄回到零位时，电缆卷盘电机以20%的电机额定转速正转，以利于快速响应及避免制动器频繁抱闸；若内主起升机构无任何动作，则电缆卷盘停止运行。
1.2.2 主起升机构下降 主系统控制合上、起升手柄向下，此时主起升机构下降。
若主起升机构下降是在起升手柄上升停止后的延时运行内，则当主起升机构下降速度不大于23%的最大速度时，电机仍保持正转运行。
若主系统控制合上后主起升机构首次动作是下降运动或起升手柄上升停止后的延时已到，则：当主起升机构下降速度不大于23%的最大速度时，电缆卷盘电机不运转，电机制动器抱闸，相当于实际给定转速比电机所需转速慢，使得主动盘与从动盘之间产生滑差，从而确保两盘间具有一定扭矩，电缆下行时有阻力且保持张紧；当主起升机构下降速度大于23%的最大速度时，电缆卷盘控制系统根据主起升机构的实时下降速度，确定电机所需转速，同样保证实际给定转速比电机所需转速慢，以保持电缆张紧。
1.2.3 主起升机构停止 主系统控制关断，主起升机构停止。
虽然两盘间的滑差为零，但主动盘在从动盘的磁化作用下产生与极向相反的磁场，异性相吸的磁力确保电缆不会因自重、风载而下坠。
1.3 磁滞变频驱动方式的优缺点 1.3.1 主要优点 （1）当施加力矩大于磁滞联轴器设定的扭矩值时，主动盘与从动盘之间会打滑，这在保护电缆方面具有其他驱动方式不可比拟的优势。
（2） 磁滞变频驱动方式控制速度采用的是模糊控制概念，其对电缆卷盘的电控调试要求较低，对维护人员技术专业的要求也较低。
1.3.2 主要缺点 （1）对于加速度大于/s2的吊具电缆卷盘，由于磁滞联轴器的“软特性”，在其高速下降起升切换过程中，电缆跟随效果较差。
（2）大扭矩磁滞联轴器（T≥24 N m）由于传递扭矩大，产生的热量大，在维护保养不当的情况下，润滑脂易干涸、碳化，使得轴承得不到良好润滑而损坏，从而导致磁滞联轴器损坏。
（3）电机采用B5安装方式，一旦磁滞联轴器损坏，易导致电机损坏。
（5）磁滞联轴器的损坏具有不可预见性，给码头正常生产带来较大的不确定性。
2 吊具电缆卷盘全变频闭环控制驱动方式 由于吊具电缆卷盘磁滞变驱驱动方式在传递大扭矩时具有缺陷，因此将其改造成目前较为先进的驱动方式，即全变频闭环控制驱动方式。
2.1 全变频闭环控制驱动方式的工作原理 全变频闭环控制驱动方式的工作原理如图4所示，其采用速度控制、力矩限幅闭环控制模式，主要由变频调速电机、制动器、减速器、卷盘、吊具集电器、编码器、电控系统等组成。
变频调速电机根据PLC收集的吊具起升高度、速度等信息，经过自动计算，输出扭矩和转速，同时通过减速器减速，驱动卷盘运行。
在运行过程中，系统不断检测吊具电缆的提升速度和力矩，并实时自动修正，形成闭环控制，确保电缆速度始终准确地跟随吊具实际速度，并使电缆在合理范围内受力。
2.2 全变频闭环控制驱动方式的运动状态 2.2.1 吊具起升，电缆卷绕 吊具上升时，制动器（常闭型）得电打开，变频调速电机正转，通过弹性联轴器驱动电缆卷盘转动卷绕电缆。
PLC根据收集的吊具起升速度、高度信息自动计算，给定电机转速，并在运行过程中，不断检测和修正吊具变频电机的转速，以保证吊具电缆跟随良好。
若发生挂舱事故，则当吊具上架缓冲器行程达到最大时触发信号开关，吊具实施紧停，从而保护电缆不被拉断。
2.2.2 吊具下降，电缆放缆 吊具下降时，制动器得电释放，变频调速电机反转。
PLC根据收集的吊具运行速度和高度等信息自动计算，给定电机反转转速；同时，变频电机保持一定的反转扭矩，以保证电缆在下降过程中张紧。
2.2.3 吊具停止，电机停止运行 主系统控制关断，主起升机构停止，制动器不通电，处于制动状态，确保吊具电缆不会因自重、风载而下坠。
2.3 全变频闭环控制驱动方式的优缺点 2.3.1 主要优点 （1）在全变频闭环控制驱动方式下，吊具电缆卷盘克服磁滞联轴器的“软特性”，系统响应速度加快，电缆跟随效果较好。
（2）电缆卷盘控制采用速度控制与力矩限幅闭环控制相结合的技术，结合吊具上架缓冲器的过紧限位开关，保证电缆在任何工况下的张力均不超过其许用拉力。
（3）电机采用单台卧式安装变频调速电机，传动系统转动惯量小，其应用场合不受电缆自重、起升高度、吊具加速度等的限制。
（4）电机采用弹性联轴器与减速器连接，保养工作量小、维护简单，配件价格也较低。
（5）电缆保护：限制电机给定电缆卷盘的力矩，确保电缆张力小于其许用拉力；吊具上架缓冲器的安装有过紧限位开关，一旦吊具电缆卷盘收、放缆速度与吊具速度不同步而造成缓冲器行程达到最大值，缓冲器过紧限位立即触发，电缆过紧信号发出，整个系统做出紧停动作从而保护电缆。
2.3.2 主要缺点 全变频闭环控制驱动方式缺少硬性连接，不具有磁滞联轴打滑的特性，在吊具挂舱时，电缆保护程度取决于电缆卷盘系统的反应速度。
3 磁滞变频驱动方式与全变频闭环控制 驱动方式的比较 磁滞变频驱动方式与全变频闭环控制驱动方式的比较见表1。
4 结束语 本文通过介绍桥吊吊具电缆卷盘磁滞变频驱动方式和全变频闭环控制驱动方式的工作原理和运动状态，并比较两种驱动方式的优缺点，认为选用全变频闭环控制驱动方式更适合目前桥吊作业要求，为桥吊吊具控制系统设计打下基础。
（编辑：谢尘 收稿日期：2015—03—03）。