港口起重机力矩限制器概述及取样信号浅析

    目前国内港口起重机，从保护其安全以及货物的吞吐量统计方面考虑，不少港区在起重设备上安装了力矩限制保护器，并在这方面做了不少探索性的具体工作。从力矩限制器的形式和特点上看各有特色。
    纵观起重机上各种形式的力矩限制器，大多数将传感器安装在与起升机构相关的部位，以取得荷重信号。传感器种类比较多，主要有轴销式、拉力式和压力式 这些传感器有的被安装在起升机构齿轮箱底脚硝轴位置，有的被安装在桥式起重机起升机构钢丝绳端部，有的则被安装在起重机臂架和象鼻梁硝辅连接的底座部位。通过钢丝绳或猎轮使这些传感器，受到外载荷产生的压力、拉力，获得起重机的荷重信号。
    获得荷重信号后的处理方式各不相同，有用这一信号转换成电压信号给出吨位显示，在超出过载信号一个固定的峰值后，力矩限制器发出指令，切断起升电机的主电路，实现力矩的限制。有的力矩限制器用微机控制，功能比较强，有显示吨位，打印数据 过载报警、超载限制、调零、设定等。应该讲，在二次信号处理办法上，构思是很全面的。
    纵观形式多样的力矩限制器，我们对整个力矩限制的过程作了一定的调查研究，发现有这样几个问题值得探讨。首先是荷重信号的采集，对于目前传感器的应用和布局，很难做到其反映的参数和起重机实际提起的荷重始终保持一致，主要影响因素是钢丝绳在滑轮上包角大小的变化，滑轮正反转动时的阻尼．传递环节越多．折点越多，随之而来的影响也越大。就其荷重传感器本身的精度而
    言是相当高的，可以是千分之几，但这是在正确运用情况下的精度。在起重机上由于受应用场合条件限制，起重所负的荷重不能直接施加到传感器上，只能通过问接的办法，重复性很难保证。因此．目前的力矩限制器荷重曲线的调整都困难。
    由于港口起重机在作业时，三大机构（变幅、回转、起升）是变替联动、往复进行的，荷重信号是振荡变化着的曲线。力矩限制器是在动态过程中取样的，取样的频率也要在技术上作出相应的处理 由于一般起重机械整体刚性低，动态的振荡一般是低频大振幅、振荡频率差不多是1赫左右。为了避免假荷重信号，现有的采集方式采取*波峰判断，第二波峰确定。经过滤波确定，从而判断确定至少要1秒钟的时间，此时如果确属超负荷-发出停机指令，再加上二级断电器失电时间0．4秒和制动器抱闸时间0．5秒，整个力矩限制器要占用的时间是I．8～2秒钟。由1O吨门座起重机起升机梅参数可知：
电动机型号-YZR355M一10
额定转速一588转／分
齿轮箱齿数比一27．32
钢丝绳卷筒直径一0．896米
2秒内吊钩行程为； X 2×荮 ×（0_896X ）=2．02米
    上式表明，当起升机构电动机以额定转速运行对，负载超过允许值后要继续上升2-02米才能停机，从这样一个时间内的工作循环来看，力矩限制器的控制不能保证起升机构的超载限制，在情况下，这个运行长度已远远超出了臂架或象鼻粱的承载能力，甚至还不如整定好的过流继电保护器响应的速度快。同样综合传感器的受力状态等，力矩限制器累计的货物吞吐量也只能是一组粗略的数值。
    那么究竟依据什么条件，采用何种手段可以达到真正意义上的力矩限制，怎样区分振动和荷重叠加的合力，使传感器zui终给出的是当前zui确切的荷重信号，我们认为须解决以下几个方面的问题。
    起重机荷重反映zui直接zui确切的部位是起升机构的钩头部位，它直接连接荷重不受外界影响。困难的是钓头上下，左右运动．不便进行有线通讯，必须采用遥感技术解决信号的传递问题，这在美国的遥感电子称和遥感应变测量中已获应用。通过机械量的模拟信号转换成数字信号，传送到接收机的接收装置，然后微处理机再将这一信号加以运算处理，zui后发出不同的指令，控制起重机工作。
    在遥感技术的应用中，数字传送系统非常复杂，整机体积不可能做得小巧，在起重机上无法采用．而模拟信号的长波发送则可选择高集成度的电路，经调制处理传送。并且可以将传感器体积大大缩小。长波的发送形式的特点是信号不容易失真，但只限于近距离传送，电路消耗功率很小，可用市场6伏的层压电池，工作寿命可持续一年。这样的搭配可以把具有遥感功能的荷重传感器浓缩到起重机钩头的卸扣内部，加上防振措施，可稳定地*使用。
    其次，要如实反映起重机动载情况下的实际重量，也就是要从荷重振动冲击力中把有用的荷重信号分离出来．剔除附加的力，从而使传感器反映出来的数值是我们所要得到的类似静载，这样的参数送到力矩限制器进行处理是zui为真实可信的。
    有了理想的传感器，并能获取真实的荷重信号，二次处理的方法就可以是多种多样了．由于信号的连续真实，在微机处理过程中就节省了大量的分析、判断时间，如果力矩限制器采样频率在每秒2O次，那么至多也就在1／10秒中可以判断超载量的大小和真伪性，并立即发出限制指令。值得一提的是起重机电控回路的响应速度，由于继电器的吸合打开时间0．4秒，二鳜断电要占用0．4秒钟，再加YWZ系列制动器的抱闸时间0．5秒，这样的响应速度无疑太慢，可以改YWZ系列利动器为电磁吸合盘式制动器，它的动作响应时间在0．1秒以内。要求改进的要点是，当力矩限制器在起重机超载发出限制指令切断起升电机主回路电源的同时，强制盘式制动器直接失电不通过多级断电器的动作。这样，从时间上分析就会有先制动、后断电动机电源的时间差，也就是说在制动完成后的0．5～O．8秒后，主电路失电，这个时间差的存在也就会有起升电机瞬间的堵转现象出现。但这对电动机不会造成什么大的影响，而客观上却争取了时间，整个力矩限制器．从取样到紧急制动总共只需要0．2秒左右的时间。正是由于响应时间的大幅加快，根据计算结果可知，当一台正在运行起升机构的起重机，从荷重超载到信号处理发出限荷指令，至制动完成，制动特征由于属紧息制动，比平时制动冲击要猛一些，但起升电动机的快速停转以及钢丝绳的运行长度等机电响应上有了*的改进和提高，因此可以有效地保障设备的运行安全。