CN103434965A - 变频电动恒张力系泊绞车 - Google Patents
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Abstract
一种变频电动恒张力系泊绞车,包括变频调速柜、操作台、变频电机、变速箱、绞车和锚机,所述绞车和锚机分别与变速箱的两个输出轴连接,所述变频电机与变速箱的输入轴连接,变频调速柜包括变频器和PLC控制器,所述变频电机通过变频器与PLC控制器连接,所述变速箱传动轴的轴端设有张力传感器,所述张力传感器与PLC控制器连接,所述操作台与变频调速柜内的PLC控制器连接。有益效果:本发明能够的优点是传感器布置位置合理,张力信号捕捉精确,绞车恒张力控制性能优良,不用过度依赖电机,延长电机使用寿命,操作方便简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用系泊绞车,特别涉及一种用于船舶固定的变频电动恒张力系泊绞车。
背景技术
系泊绞车是船舶固定用的主要设备,是甲板机械的重要装备之一,当船舶靠离码头及系泊时都需要用系泊绞车作业。当船舶由于装卸引起水位变化或者受到涨潮落潮变化时,船与码头设施的系泊相对位置随着发生变化,这就需要及时地调整原先系泊好的缆索,以免造成崩断缆索或船舶飘开的现象,所以要进行张力补偿,让系泊绞车能自行调整缆索的松紧程度。电机驱动的系泊绞车功能的实现主要依靠变频调速***,在恒张力工况条件下,变频***中调节电位器电路接通,由电位器设定张力模拟量的输入值,绞车处在转矩限制模式下工作,当外力小于转矩限制值,绞车正转进行收缆,当外力大于转矩限制值,绞车反转进行放缆,外力越大,制动力越大,起到张力控制作用,增加系泊的安全性。而恒张力制动效果是否明显就涉及到电位器的灵敏度,张力模拟量的采集。模拟输入信号越精确,恒张力制动效果越好。实际工况条件下,模拟量的输入由操作者来判断,存在一定的误差,大大降低了设备运行的效率。目前,国内电动恒张力绞车主要使用PLC电控***和三速电机来实现恒张力功能,存在很多不足。;许多厂家也曾设计过优秀的技术方案,如专利号为00240765.5名称为恒张力电缆卷筒的专利。它是由恒张力输出的涡轮减速器、集电器机构和卷筒组成,其结构简单,但实现的功能精度不高。
目前常见的电动系泊绞车存在以下问题:
1,张力信号模拟量不够精确稳定,进而影响到变频***中转矩限制设定值,***无法捕捉到精确的转矩临界值,使电机频繁的正反转,在恒张力工况下,电机一直处于工作状态,发热量大,长期使用电机易损坏,使用寿命大大降低。
2,三速电机的调速范围有限,需手动切换档位,无法实现无极变速,易受到冲击,容易损坏,相应的影响了整台绞车的工作效率。
发明内容
发明目的:针对现有技术中的不足之处,提供一种配备变频调速***的高性能变频电动恒张力系泊绞车。这种绞车安装使用方便,测力准确,能够更有效的进行张力控制,满足工况要求。
技术方案:一种变频电动恒张力系泊绞车,包括变频调速柜、操作台、变频电机、变速箱、绞车和锚机,所述绞车和锚机分别与变速箱的两个输出轴连接,所述变频电机与变速箱的输入轴连接,变频调速柜包括变频器和PLC控制器,所述变频电机通过变频器与PLC控制器连接,所述变速箱传动轴的轴端设有张力传感器,所述张力传感器与PLC控制器连接,所述操作台与变频调速柜内的PLC控制器连接。变频器与变频电机结合就够实现5—100Hz 可逆无极调速,50Hz以下为恒转矩调速,50Hz以上为恒功率调速。随着外界负载的变化,绞车收放缆的速度会产生变化,PLC控制器对变频电机发出加速或减速的指令,从而实现恒张力限制控制过程。使用变频调速后变频电机能平滑过渡,在5-100Hz内进行无极变速,不会产生冲击,有效提高变频电机使用寿命。变频器和变频电机的结合使绞车具备了宽调速范围,高稳速精度,快速动态响应。变频器内部具有电流反馈环节,所以起动性能良好,反应灵敏,根据外界负载大小能快速输出相应起动电流,一般不会超过额定电流,所以对电网无冲击,变频器具有适应于电动机能力。
可编程的PLC控制器是整个电器***的控制核心,对电源,保护,连锁,可逆调速,控制位置转换,电机制动,电机通风加热等辅助电路进行控制,并对运行参数进行测量,显示,报警,故障进行检测和测量。PLC控制器集成在变频调速柜中。
张力传感器安装在变速箱某一级传动轴的轴端,绞车卷筒收放缆传递转矩到主轴上,张力传感器检测到传动轴上的负荷并转换为电控***可处理的电信号。工作原理是应变电阻计,轴端的负荷作用于传感器上产生的弹性变形引起应变电阻值变化。进而产生一个毫伏级的电压信号,张力传感器是电控***从绞车采集信号,用于闭环控制的开端,测力准确,不易损坏,能够持续有效的输出张力信号。
所述张力传感器与PLC控制器之间设有信号放大器。信号放大器可以把张力传感器产生的毫伏级电压信号放大处理,转换为PLC控制器可接收的标准电流信号,PLC控制器处理信号,计算出张力大小并通过作操台显示出来,同时***将此张力值作为反馈值,自动调节变频器的输出,使缆绳的张力值保持在设定范围内,当缆绳处于恒张力状态时,变频电机就不用在动作,直到外界负载产生变化,张力传感器检测的信号产生变化,变频电机重新启动工作。
本发明还包括制动电阻,所述制动电阻通过PLC控制器接入整个电路***。整个***配备制动电阻对整个电路***进行保护,当设备工作时如果负载大速度快,在快速换向时会产生很大的反馈能量,将电能回馈到变频器,因而导致直流母线电压的升高。制动单元将制动能量送至外部制动电阻上并转换成热能消耗掉,起到了很好的保护作用。
有益效果:本发明能够的优点是传感器布置位置合理,张力信号捕捉精确,绞车恒张力控制性能优良,不用过度依赖电机,延长电机使用寿命,操作方便简单。
附图说明
图1为本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示,一种变频电动恒张力系泊绞车,包括变频调速柜1、操作台2、变频电机3、变速箱4、绞车5和锚机6,所述绞车5和锚机6分别与变速箱4的两个输出轴连接,所述变频电机3与变速箱4的输入轴连接,变频调速柜1包括变频器和PLC控制器,所述变频电机3通过变频器与PLC控制器连接,所述变速箱4传动轴的轴端设有张力传感器,所述张力传感器与PLC控制器连接,所述操作台2与变频调速柜1内的PLC控制器连接。所述张力传感器与PLC控制器之间设有信号放大器7。还包括制动电阻8,所述制动电阻8通过PLC控制器接入整个电路***。
本发明的绞车5部分单绞缆筒,带隔离板,第一层额定拉力100kN,额定绞缆速度15m/min,空载速度37m/min,缆索直径52mm,容绳量180m。
选用45kW/八级变频电机3,工作制S1,电压380V,50Hz,带刹车制动器,额定输出扭矩573Nm. 变频电机3输出轴法兰端面和变速箱4侧板法兰面板通过螺栓连接固定,变频电机3轴上装有小齿轮。整个变速箱4设计采用三级齿轮传动,在第二根传动轴端安装张力传感器,在轴端装配调心滚子轴承,轴承外圈再套上圆饼式张力传感器,张力传感器右端面带油封结构,用螺栓连接一圆板,圆板中间留密封圈空间,防止变速箱内油液渗入。左端面通过一空心轴承盖连接在变速箱侧板上,张力传感器左端面上可以布置信号放大器电路板和连接电缆,轴承盖上带有一封盖封住传感器。传感器外径ø 300,内径ø 110,厚度35,张力量程2.5T。传感器配MWI-12062张力放大器,输出信号4-20mA。相配合的调心滚子轴承为22212CA,内径ø 60,外径ø 110。这样布置既可以准确检测到张力负荷,又能很好的保护张力传感器。
变速箱4输出右端为锚机6,左端为绞车5,绞车5带恒张力功能。轴承两端用盖板封住。副卷筒通过双平键固定在绞缆筒两端轮毂上装入铜套,然后套入轴上,铜套两外端面装有距离挡圈,挡圈外端有轴用挡圈定位,防止绞缆筒向两端窜动。绞缆筒左端侧焊有刹车制动圈,制动圈上装有刹车装置。变速箱4输出轴转动带动离合器转动,离合器通过拨叉的拨动和绞缆筒左端面上的牙块咬合,带动绞缆筒转动。拨叉头部与离合器的凹槽连接,手动操作拨叉控制离合器的分离。支撑架里装有滚动轴承,替代以往使用铜套。这是绞车整体结构的布置。
电控***主要有变频调速柜1,操作台2,变频电机3,张力传感器,制动电阻8构成。
操作台2操作面板上的布置,电源灯,报警灯,故障灯,加热灯,加热开关,启动按钮,故障复位按钮,紧急刹车按钮,自动手动切换开关,和手动操作手柄。操作手柄可进行正反向操作,带三档速度变换,可以在变频器里设定不同的频率值来调整速度的大小,手柄向下推,绞车放缆,往后推,绞车收缆。操作手柄回零制动器即刹车。操作台2防护等级为IP56,面板上装有显示屏幕可以看到卷筒缆绳张力值,操作台2可以选择绞车控制方式,选择收/放缆,操作台2还可以指示***运行状态,当过载后发出声光报警信号。船员只需在操作台上动作就可以完成绞车的收放缆工作,可以手动收放缆,也可以在恒张力状态下工作。
变频器***2电路结构简单,设计方便,调速范围广泛,恒转矩和恒功率调速自动转换,保护齐全,***结构简单,经济可靠,调试便捷。
本发明的优点是传感器布置位置合理,张力信号捕捉精确,绞车恒张力控制性能优良,不用过度依赖电机,延长电机使用寿命,操作方便简单。
Claims (3)
1.一种变频电动恒张力系泊绞车, 其特征在于:包括变频调速柜(1)、操作台(2)、变频电机(3)、变速箱(4)、绞车(5)和锚机(6),所述绞车(5)和锚机(6)分别与变速箱(4)的两个输出轴连接,所述变频电机(3)与变速箱(4)的输入轴连接,变频调速柜(1)包括变频器和PLC控制器,所述变频电机(3)通过变频器与PLC控制器连接,所述变速箱(4)传动轴的轴端设有张力传感器,所述张力传感器与PLC控制器连接,所述操作台(2)与变频调速柜(1)内的PLC控制器连接。
2.根据权利要求1所述的变频电动恒张力系泊绞车,其特征在于:所述张力传感器与PLC控制器之间设有信号放大器(7)。
3.根据权利要求1所述的变频电动恒张力系泊绞车,其特征在于:还包括制动电阻(8),所述制动电阻(8)通过PLC控制器接入整个电路***。
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