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基于張力閉環(huán)控制的新型鋼絲繩預(yù)緊裝置

發(fā)布時(shí)間：2021-09-01 17:59　文章來源：未知　文章作者：admin　點(diǎn)擊數(shù)：

0引言 隨著起重機(jī)械的大型化發(fā)展，鋼絲繩多層卷繞方式 得到了越來越廣泛的使用，在繞繩過程中，多采用人工繞繩，繞繩效率低下，安全性差，且使用過程中容易出現(xiàn)亂繩等現(xiàn)象，導(dǎo)


0引言
隨著起重機(jī)械的大型化發(fā)展，鋼絲繩多層卷繞方式"
得到了越來越廣泛的使用，在繞繩過程中，多采用人工繞繩，繞繩效率低下，安全性差，且使用過程中容易出現(xiàn)亂繩等現(xiàn)象，導(dǎo)致亂繩的原因很多，“未施加恒定的預(yù)緊力”是其中非常重要的原因之一，如未施加預(yù)緊力將使內(nèi)層松弛，導(dǎo)致多層鋼絲繩承受外層“負(fù)荷”而過早的壓垮和壓扁，進(jìn)而導(dǎo)致亂繩，縮短了鋼絲繩的使用壽命，因此，鋼絲繩初次繞繩時(shí)施加額定預(yù)緊力已成為塔機(jī)行業(yè)的一個(gè)重要研究課題。
本文研制了一套新型起升機(jī)構(gòu)專用鋼絲繩自動(dòng)卷繞裝置，該裝置配備張力檢測傳感器與輔助監(jiān)測系統(tǒng)，通過起升機(jī)構(gòu)控制繞繩轉(zhuǎn)速，張力變頻器調(diào)節(jié)繞繩張力。實(shí)驗(yàn)表明：本系統(tǒng)達(dá)到了理想的繞繩效果，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)為卷繞鋼絲繩系統(tǒng)的試驗(yàn)和研究提供了一個(gè)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1裝置系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)
1.1裝置系統(tǒng)組成
鋼絲繩預(yù)緊裝置如圖1所示，由起升機(jī)構(gòu)、三滑輪組（包括張力檢測及計(jì)米）、鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)組成，并由操作臺(tái)集中控制，現(xiàn)場布局如圖2所示。
1.3鋼絲繩恒張力控方案
由于鋼絲繩的型號、直徑不同，要求施加的預(yù)緊大小不同，根據(jù)國外機(jī)構(gòu)里巴斯（Lebus）對鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu)的研究，預(yù)緊力的大小取安全工作載荷的10%和破斷拉力2%中的較大值，通過計(jì)算，并結(jié)合鋼絲繩的使用工況，本文建議張力如表1所示。
表1不同型號鋼絲繩預(yù)緊力
直徑（mm）|922|p24|926|928|932預(yù)緊力（kg）|565 |700 |850|1200|2000|
1.3.1鋼絲繩恒線速度控制
當(dāng)卷筒繞繩過程中，由于鋼絲繩卷繞層數(shù)變化引起卷繞直徑的改變，導(dǎo)致鋼絲繩的線速度也會(huì)隨之發(fā)生改變，為達(dá)到鋼絲繩恒線速度繞繩的目的，本試驗(yàn)裝置采用鋼絲繩線速度閉環(huán)控制方法，通過PLC讀取滑輪組上編碼器的速度值，并轉(zhuǎn)換為繞繩線速度值，并將此值與給定繞繩線速度值求差，再依據(jù)此偏差進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)算，最后輸出速度控制量，從而控制起升機(jī)構(gòu)變頻器輸出頻率值，達(dá)到恒線速度控制目的。
1.3.2鋼絲繩恒張力控制
由于鋼絲繩在繞繩過程中，卷徑是動(dòng)態(tài)變化的，且鋼絲繩制造廠家提供的鋼絲繩卷筒未施加額定的預(yù)緊力，鋼絲繩纏繞過程中容易出現(xiàn)“彈跳”現(xiàn)象（將外層鋼絲繩拉入內(nèi)層再拉出來），導(dǎo)致張力較大波動(dòng)到，給系統(tǒng)造成較大擾動(dòng)，為了保證繞繩質(zhì)量，本系統(tǒng)采用模糊PID控制，取得了較好的控制效果。需保證鋼絲繩在恒張力“狀態(tài)下繞繩，控制方案如圖6所示。
5稱||換業(yè)和地||即或瞬料動(dòng)|
始您，間]巴適尾動(dòng)效aHa的e用H料領(lǐng)|能升→
蒸方松篇
圖6鋼絲繩恒張力控制示意圖
1.3.3繞繩長度控制
為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)繞繩方案，本裝置增加了繞繩長度控制功能，如圖7所示。
通過顯示屏輸入繞繩長度，并實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前已繞長度，當(dāng)已繞長度與設(shè)置長度相等時(shí)，停止繞繩，同時(shí)系統(tǒng)還具備鋼絲繩回繞功能，較好的滿足了現(xiàn)場應(yīng)用需求。

2工裝試驗(yàn)及結(jié)果用該裝置進(jìn)行了多層卷繞鋼絲繩繞繩試驗(yàn)，具體過程如下。
2.1試驗(yàn)條件
1）鋼絲繩型號：直徑為24mm，鋼絲繩破斷拉力為350kN；
2）滑輪型號：普通鋼制滑輪，滑輪直徑為310
mm，滑輪直徑與鋼絲繩直徑比值為12.9；
3）卷筒型式與規(guī)格：多層卷繞卷筒，卷筒槽底直徑600~1000mm；
4）鋼絲繩張力：設(shè)定試驗(yàn)中鋼絲繩安全系數(shù)為5，即試驗(yàn)過程中鋼絲繩的控制張力為7kN；5）鋼絲繩線速度：0~30m/min。
2.2試驗(yàn)過程
通過顯示屏輸入繞繩速度、繞繩長度及鋼絲繩類型，為了提高繞繩質(zhì)量，可先將鋼絲繩張力加到初始預(yù)緊力，初始預(yù)緊力可取實(shí)際預(yù)緊力的60%~100%，本實(shí)驗(yàn)過程取90%（630kg），一鍵啟動(dòng)繞繩，進(jìn)入恒線速度和恒張力繞繩模式，當(dāng)繞繩長度等于設(shè)置長度時(shí)，停止繞繩。
2.3試驗(yàn)結(jié)果
圖8為繞繩過程中鋼絲繩的張力實(shí)際檢測值，從鋼絲繩張力控制結(jié)果可知，繞繩過程中能保證鋼絲繩張力值控制在士10%以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的繞繩效果。圖9為繞繩過程中變頻器輸出力矩值百分比，在120s時(shí)，人為將繞繩速度提高到中速，為了保持張力恒定，變頻器通過調(diào)節(jié)輸出力矩，使系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，同時(shí)，保證鋼絲繩的張力恒定。

3結(jié)論
鋼絲繩預(yù)緊裝置作為批量生產(chǎn)時(shí)所使用的工裝，不僅“省人、省時(shí)”，還能精確控制繞入起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩的長度，提高了工作效率，施加預(yù)緊力后的鋼絲繩卷筒，能改善排繩效果，提高鋼絲繩的壽命，為客戶節(jié)省鋼絲繩的使用成本，具有較好的推廣及應(yīng)用價(jià)值。
本文以直徑為24mm的鋼絲繩作為繞繩對象，利