橋式起重機(jī)高精度起升高度顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、橋式起重機(jī)高精度起升高度顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：基于橋式起重機(jī)的基本工作原理，設(shè)計(jì)了橋式起重機(jī)高精度起升高度顯 控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括3個(gè)部分：編碼器信號(hào)和脈沖整形采集系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn) 方向的判斷和脈沖輸出系統(tǒng)，脈沖計(jì)數(shù)、高度計(jì)算和繼電器輸出系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè) 計(jì)科學(xué)合理，可以有效減少橋式起重機(jī)械因高度檢測(cè)控制問(wèn)題而在生產(chǎn)作業(yè)中發(fā) 生的人身傷亡事故以及設(shè)備損壞事故，大大提高起重機(jī)的工作效率。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；高精度起升高度顯控器；設(shè)計(jì)引言起重設(shè)備經(jīng)常給人留下粗重的印象，但用于精細(xì)裝配或民用核電起重等領(lǐng)域 的起重機(jī)同樣要求具有很高的定位精度，以部分核電起重機(jī)為例，其綜合定位精 度要求為5mm，為達(dá)到此要

2、求，單個(gè)方向的定位精度須控制在3mm以內(nèi)。1導(dǎo)向裝置起重機(jī)要精確定位，前提是起重機(jī)運(yùn)行的軌跡首先必須是高重復(fù)精度的，導(dǎo) 向裝置因此而設(shè)計(jì)。其實(shí)常規(guī)起重機(jī)也含有導(dǎo)向裝置，最簡(jiǎn)單的就是車(chē)輪的輪緣， 對(duì)于軌距（跨度）相對(duì)于輪距較大的起重機(jī)還會(huì)設(shè)置水平導(dǎo)向輪。但這些導(dǎo)向裝 置的初衷僅是為了防止起重機(jī)脫軌、卡軌；在常規(guī)導(dǎo)向裝置的限制之下，起重機(jī) 水平方向的運(yùn)行作的是微小的蛇形運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)高定位精度的起重機(jī)時(shí)，對(duì)導(dǎo)向 裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使起重機(jī)近似直線運(yùn)行，可以說(shuō)導(dǎo)向裝置是提高起重機(jī)定位精 度的基矗首先對(duì)采購(gòu)回來(lái)的成品軌道進(jìn)行加工，起重機(jī)軌道中一根作為導(dǎo)向軌， 導(dǎo)向軌和水平導(dǎo)向輪配合作為起重機(jī)運(yùn)行的導(dǎo)向，導(dǎo)

3、向軌頂面和二個(gè)側(cè)面進(jìn)行機(jī) 械加工，另一根運(yùn)行軌（非導(dǎo)向軌），僅頂面經(jīng)機(jī)械加工。加工后軌道本身的直 線度和平面度大大改善。然后嚴(yán)格要求軌道的安裝精度，軌道安裝采用可調(diào)壓板 安裝，導(dǎo)向軌經(jīng)調(diào)整可以達(dá)到直線度每米0.2mm，全長(zhǎng)0.5mm。運(yùn)行軌經(jīng)調(diào)整 可達(dá)直線度全長(zhǎng)2mm ；與導(dǎo)向軌的平行度要求為：兩軌道間距離最大偏差2為 2mm。此外，要求軌道安裝接頭處的高低差至0.3mm，并將高處打磨，使過(guò)渡 平滑；導(dǎo)向軌接頭處的側(cè)向錯(cuò)位冬0.2mm，凸出處打磨，過(guò)渡平滑；非導(dǎo)向軌接 頭處的側(cè)向錯(cuò)位冬1mm ；軌道安裝接頭處的間隙1mm。同一截面兩根軌道的高 度最大偏差為2mm。最后通過(guò)控制水平輪與軌道的間隙

4、確保起重機(jī)近似直線運(yùn)行， 導(dǎo)向軌側(cè)端梁的兩端各設(shè)置一組水平導(dǎo)向輪，每個(gè)水平輪相對(duì)于軌道中心線的最 大調(diào)整值為1.5mm。調(diào)整時(shí)，通過(guò)偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整水平輪與軌道間的間隙， 根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行情況，將總間隙調(diào)整為0.20.4mm，保證起重機(jī)全行程平穩(wěn)、無(wú) 卡滯的運(yùn)行。起重機(jī)在全行程上最大的水平位移小于1mm，對(duì)某個(gè)固定位置水平 位移的重復(fù)精度小于0.5mm。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)主要包括以下3個(gè)系統(tǒng)：編碼器信號(hào)和脈沖整形采集系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn) 方向的判斷和脈沖輸出系統(tǒng)以及脈沖計(jì)數(shù)、高度計(jì)算和繼電器輸出系統(tǒng)。該系統(tǒng) 的特點(diǎn)如下：第一，讓起升高度更準(zhǔn)確和直觀的顯示出來(lái)，并且起升高度控制更 準(zhǔn)確方便，節(jié)省地面的指

5、揮資源。第二，本系統(tǒng)可替代常用機(jī)械限位，且系統(tǒng)精 度高、量程廣，精度為0.01m，范圍為-99327.66m，可以任意設(shè)置4組限位值， 并給出最大電流為5A的干結(jié)點(diǎn)輸出，能替代常用機(jī)械限位的所有功能。第三， 本設(shè)備體積小巧功耗低，輸入為AC220V電源。自帶編碼器電源，繼電器輸出， 與外部電路隔離安全性高，安裝替換方便。第四，本設(shè)備面板簡(jiǎn)潔、按鍵少、顯 示直觀，通過(guò)數(shù)碼管顯示以及輔助發(fā)光二極管指示。該設(shè)備設(shè)置簡(jiǎn)單，突然斷電也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。2.1編碼器信號(hào)和脈沖整形采集系統(tǒng)編碼器信號(hào)采集處理電路，其包括順序電性連接的電平自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路、施密 特整形電路、信號(hào)放大電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，電平自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路

6、由4個(gè)二極管 DA1，DA2，DA3，DA4組成橋式電路；橋式電路的兩端分別接入一比較電源 VCC1，將該橋式電路的輸入端分別與編碼器信號(hào)輸入端相連。并且該橋式電路的 輸入端與編碼器信號(hào)輸入端之間還設(shè)計(jì)有一上拉電阻R5和R7,以適應(yīng)集電極輸 出類(lèi)型編碼器。本電路可以有效的濾除現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的高感應(yīng)電壓和其他諧波干擾， 而且在高頻脈沖傳輸時(shí)保護(hù)效果好，輸入信號(hào)不會(huì)發(fā)生畸變。本系統(tǒng)IC1帶施密 特整形功能，抗干擾能力強(qiáng)。常見(jiàn)編碼器的電源電壓在530V之間，且常見(jiàn)輸出 形式有推挽式和集電極開(kāi)路兩種，本系統(tǒng)的R1和R2是應(yīng)對(duì)集電極開(kāi)路的編碼器 而設(shè)計(jì)，且對(duì)推挽式編碼器使用無(wú)任何影響。所以此電路適用于常見(jiàn)所有

7、增量編 碼器。整形部分采用新型的施密特整形電路的輸入端與橋式電路的輸入端相連， 且該施密特整形電路包括兩組相互分別并聯(lián)在橋式電路的輸入端處的反相器組， 其中，反相器組包括3個(gè)相互串聯(lián)的反相器CD40106和兩個(gè)CD4049。當(dāng)信號(hào)經(jīng) 過(guò)CD40106之后，再通過(guò)CD4049反相器進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換并用以驅(qū)動(dòng)高速光耦 工作，這種方式對(duì)于輸入脈沖信號(hào)有形變和畸形的具有很好的整形處理能力及輸 出驅(qū)動(dòng)力，使本系統(tǒng)采集到的信號(hào)更接近真實(shí)的方波信號(hào)，使后級(jí)處理更迅速準(zhǔn) 確。2.2旋轉(zhuǎn)方向的判斷和脈沖輸出系統(tǒng)當(dāng)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特整形校正電路處理后驅(qū)動(dòng)高速光耦工作，作一個(gè)電平 的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)各種電壓等級(jí)不同的編

8、碼器，當(dāng)脈沖信號(hào)輸入至高速光耦時(shí)，驅(qū) 動(dòng)內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，進(jìn)而導(dǎo)致光耦內(nèi)部的光敏三極管導(dǎo)通，高速光耦供電與 CD4013為同一路供電電源，光耦輸出的最大幅值接近其供電電壓。3驅(qū)動(dòng)裝置有了導(dǎo)向裝置，我們確保了起重機(jī)的直線運(yùn)行；有了定位裝置，系統(tǒng)知道了 設(shè)備現(xiàn)在處在什么位置；最后我們還要有精確的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，讓起重機(jī)停在需要的 位置。要聲明的是，具有了導(dǎo)向裝置和定位裝置，傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就已經(jīng) 可以滿足定位要求。常規(guī)起重機(jī)變頻調(diào)速的運(yùn)行機(jī)構(gòu)可以靠制動(dòng)來(lái)滿足定位要求， 通過(guò)測(cè)試制動(dòng)后的偏移量，采用提前制動(dòng)的方法將起重機(jī)停在需要的位置。本套 驅(qū)動(dòng)裝置采用的是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與常規(guī)變頻調(diào)速相比伺服驅(qū)動(dòng)具

9、有恒扭矩、調(diào) 速范圍大、額定速度高、精度高的優(yōu)勢(shì)，理論上其精度可以精確到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)1的量。根據(jù)我們實(shí)際使用情況，控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸精確到45 完全沒(méi)有問(wèn)題。 以大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)為例，車(chē)輪直徑為380mm，最大運(yùn)行速度15m/min，對(duì)應(yīng)車(chē)輪轉(zhuǎn) 速12.57rpm。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速器速比為201 （伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 3000rpm，實(shí)際最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度為2527rpm），伺服電機(jī)精度可控制在轉(zhuǎn)動(dòng)45，對(duì) 應(yīng)車(chē)輪運(yùn)行0.72mm；而對(duì)應(yīng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)減速器速比111.37（4級(jí) 電機(jī)額定速度1400rpm），電動(dòng)機(jī)可控制在一圈，對(duì)應(yīng)車(chē)輪運(yùn)行10.7mm。伺服 系統(tǒng)的運(yùn)行精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻控制系統(tǒng)。通過(guò)伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)的使用，徹底 解決了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度問(wèn)題，可以做到通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置直接停車(chē)到位，然后制動(dòng)器 才抱閘。結(jié)語(yǔ)通過(guò)多年的實(shí)踐證明，工作人員在操作橋式起重機(jī)的過(guò)程中，還要不斷加強(qiáng) 橋式起重機(jī)設(shè)備的點(diǎn)檢、維護(hù)、潤(rùn)滑管理，