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行星傳動鏈實時起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設計和誤動作分析

來源:愷德爾起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)專家 發(fā)表日期: 2016-07-22 20:11:00

0引言

主起升機構采用行星三減速器或行星大減速器方案,是鑄造起重機中的一種重要機型。鑄造起重機的主起升機構都是雙驅動系統(tǒng)驅動。行星減速器自身的結構特點可滿足主起升機構2套驅動系統(tǒng)巾的任意1套出現故障時,單驅動系統(tǒng)可以長期半速工作的工況,非常有利于煉鋼廠的使用和維修。行星減速器自身的缺點是可能會發(fā)生斷軸,且一旦發(fā)生斷軸故障只能靠卷簡上的安全制動器制動,減速器高速軸上的工作制動器即使抱閘也起不到制動作用,故采用行星減速器方案必須配置一套行星傳動鏈實時起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng),用以監(jiān)測行星傳動鏈是否發(fā)生故障并對其相應狀況進行保護



1行星傳動鏈實時起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設計

1.1系統(tǒng)的硬件構成

系統(tǒng)的硬件構成主要包括:在行星減速器的2個高速端(電機尾部)分別配置一個增量式編碼器,在行星減速器2個低速端(卷筒尾部)分別配置1個增量式編碼器和超速開關,PLC系統(tǒng)配置1個高速模塊?;竟ぷ髟頌椋簩?個編碼器接到PLC系統(tǒng)的高速計數模塊上,讀取4個編碼器的計數值,再通過程序運算來判斷是否發(fā)生斷軸故障。圖1和圖2分別列出了行星三減速和行星大減速器2種方案的布置圖。

行星大減速器2種方案的布置圖


1.2系統(tǒng)的數學模型

行星減速器發(fā)生斷軸有2種情況:高速軸斷和低速軸斷。高速軸斷裂會使鋼包墜落地面,低速軸斷裂會使鋼包發(fā)生偏斜。行星傳動鏈實時起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅能監(jiān)控這2種斷軸情況,還可附帶監(jiān)控如工作制動器制動力矩不夠、驅動裝置力矩不夠、超速等情況。各模型中的變量定義說明:~為l號高速軸(電機)編碼器計數值,/v為2號高速軸(電機)編碼器計數值,Ⅳ為1號低速軸(卷筒)編碼器計數值,Ⅳ為2號低速軸(卷筒)編碼器計數值,△為1號高速軸(電機)編碼器計數值在100ms內的變化量,△Ⅳ為2號高速軸(電機)編碼器計數值在100ms內的變化量,△Ⅳd為1號低速軸(卷筒)編碼器計數值在100ms內的變化量,△Ⅳ為2號低速軸(卷筒)編碼器計數值在100ms內的變化量。



1)高速軸發(fā)生斷軸

將2個高速軸編碼器的計數值相加再除以低速軸編碼器的計數值,理論上該值應該等于減速器速比除以卷簡編碼器增速齒輪箱速比,當該值超過一定范圍后,認為高速軸發(fā)生斷軸。表示減速器的速比除以卷簡編碼器增速齒輪箱速比;表示允許的偏差量。



2)低速軸發(fā)生斷軸將2個低速軸編碼器的計數值相減,理論上差值應該為0,當差值超過允許范圍后,認為低速軸發(fā)生斷軸。表示100ms內變化量允許的偏差量,:表示編碼器計數值允許的偏差量。



3)工作制動器故障

當工作制動器故障造成制動力矩不夠,手柄回零位后會發(fā)生溜鉤現象。此時工作制動器抱閘信號反饋回PLC中,但低速軸編碼器計數在100ms內的變化量卻不等于0,即認為工作制動器故障。



4)驅動裝置故障

當驅動裝置故障造成起升力矩不足時,在起升時會造成溜鉤,在下降時會造成超速。所以,當給出上升指令后,低速軸編碼器計數值在100IXIS內的變化量為負數時,即認為驅動裝置故障。



5)超速故障

低速軸編碼器計數值在100ms內的變化量可以理解為卷簡的角速度,故當該值超過設計的最大值時即可認為發(fā)生超速故障。表示起升機構角速度的最大值。




2行星傳動鏈實時起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的運算方法及誤動作分析和對策

2.1采用差值運算法

1)高速軸斷軸

在前述運算時,要用編碼器在100ms內的變化量作為計算值,不能用編碼器的累計計數值。如果采用累計值做運算,判斷發(fā)生斷軸的偏差量不是一個固定值,它會隨著起升高度的增加而增加,這樣會存在安全隱患。假設高速軸編碼器計數值的偏差值達到才能觸發(fā)斷軸報警,即O/為減速器速比除以卷簡編碼器增速齒輪速比,是一個固定值;為設定的誤差值,也是一個定值;而ⅣlJ是低速軸編碼器的計數值,它與起升高度成正比;所以,s也跟起升高度成正比。一般鑄造起重機的起升高度為30m左右,則會相差30倍。如果起升機構從最低點上升到最高點附近處發(fā)生斷軸,則由于s的變大而造成檢測系統(tǒng)輸出斷軸信號時間急劇變長,增加了安全事故的風險。如將Ⅳ替換成△Ⅳd則不會出現該問題,因為ANa,是低速軸編碼器計數值在100IllS內的變化量,跟起升高度無關,只與速度有關,而機構的速度是固定值,故也為固定值。



2)低速軸斷軸

如前所述,2個低速軸之間既做了編碼器在100ms內計數值變化量的比較,又做了編碼器累計值的比較。當2個低速軸卷筒角速度超差時即會輸出斷軸信號,當2個低速軸卷筒上的鋼絲繩運行距離超差時也會輸出斷軸信號。


2.2常見誤動作情況及對策以某鋼廠制造的鑄造起重機為例,在現場使用某監(jiān)控軟件進行在線監(jiān)控,發(fā)現行星傳動鏈實時監(jiān)控系統(tǒng)經常出現誤動作的情況主要有3種:主起升機構剛啟動時;主起升機構在接近停止時;主起升機構由上升到下降或是由下降到上升時。經過分析,出現以上誤動作的情況主要是由于整個傳動鏈上存在間隙,尤其是電機編碼器的聯(lián)軸器和卷簡編碼器的聯(lián)軸器,在使用時間長了以后存在磨損的情況。


針對以上3種誤動作情況進行分析,發(fā)現都是在卷簡轉速非常低時發(fā)生的。所以,可采取當減速器低速端(即卷筒)的角速度非常低時不進行斷軸檢測的辦法來屏蔽這些誤動作,即當△,v和△Ⅳ同時為很小值時不做斷軸檢測,根據現場經驗,可取一擋速度的一半左右。如果此時出現斷軸故障,則△和△Ⅳ必然會有一個迅速增大,在非常短的時間內就超出不做檢測的閾值,可以正常判斷發(fā)生故障,不會造成安全隱患。采用此方法來屏蔽上述3種誤動作情況的優(yōu)勢是程序邏輯簡單,不容易出現衍生邏輯問題;也不需要再使用時間繼電器來屏蔽誤動作,因為時間繼電器的延時時間不好掌握,比較容易出現安全隱患。



3其他誤動作情況及對策

除此之外,還有編碼器信號線受干擾和編碼器累計誤差造成的誤動作。由于編碼器信號電纜的距離普遍比較長,傳輸信號的電壓等級為C5V,比較容易受干擾。編碼器長期工作可能會因為丟轉等原因造成累計誤差。針對此問題采取如下措施來解決:1)每次主起升機構手柄回到零位時將各個編碼器的計數值清零。2)每種故障信息持續(xù)發(fā)生300Ills才認為該故障信息真正發(fā)生。



結束語

經過上述措施,行星傳動鏈實時監(jiān)測系統(tǒng)較好地完成了行星減速器的斷軸保護任務,到目前為止尚未出現誤動作情況,使采用行星減速器方案的鑄造起重機更加安全可靠。



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