门座式起重机动态电子称重系统的设计与实现

一、概述

多年来交通部和铁道部的各港口、码头和货站用于装卸船与车作业的主要设备就是门座式起重机和门桥式起重机,针对不同的物料,可以组装成钩头式和抓斗式的装卸设备,钩头式用于装卸集装箱、钢材和车辆等大型设备,抓斗式用于散堆物料的装卸[1]。但是从装卸船作业的全过程来看,涉及的因素很多,如起升的速度、载荷在起升时所产生的瞬时重力加速度及提升过程中产生的摆动、颤动和起重力臂的转向、起重臂的变幅及臂角的变化等均是随机性因素。

本课题就上针对以上问题设计并实现了门座式起重机动态电子称重系统,此系统目前已经在一家企业得到实际的应用。

二、门机作业中载荷传承力系统

通过对门座式起重机构在装卸船作业中,传力系统的动作程序的分解和分析,得出主传力机构是主卷筒上的单根(或双根)钢丝绳和副卷筒上的单根(或双根)钢丝绳通过两个层面的定滑轮,引导至起重大臂和起重小臂端的两个(或四个)动滑轮上直至抓斗或钩头,通过驱动这两个卷筒来完成装卸船的起升和下降作业[2]。在作业过程中我们进行动态分解得出以下几个过程:

1.当抓斗扎在散料堆上后,主、副卷筒的钢丝绳均是放松的;

2.当抓斗在挖掘散料的过程中主卷筒钢丝绳是上升收紧抓斗直至闭合,而副卷筒钢丝绳是放松的;

3.在满斗散料上升过程中是主卷筒钢丝绳,副卷筒钢丝绳随着抓斗的上升逐渐收紧承力,因此,在抓斗载荷上升的阶段中主、副卷筒钢丝绳为合力状态。

三、三位一体化的称重

(一)称重机械结构上的力矩分配

港口用门座式起重机和铁路货场用门桥式起重机,在动力机构的设计上,主、副卷筒及主、副钢丝绳的结构和额定载荷完全一致,也就是安装在主、副卷筒轴支承座中的二个平板式称重传感器的结构和额定载荷也是相同的[3];如果主、副卷筒为双绳结构则主、副卷筒上的各一根钢丝绳组合在一个机械结构上,主、副卷筒另二根钢丝绳另外组合在另一个机械结构上。

(二)主称重机构的力矩平衡及标定

根据门机装卸作业的要求和中主副卷筒工作过程的分解,在称重过程中主副卷筒均独立承载传力和主副卷筒合力承载的工况,且这二种工况的出现是随机性的,为了达到较高的计量准确度,必需先将主称重机构进行力矩平衡,也即分别对主、副卷筒承力部进行满量程(至少为2/3额定载荷值)标定,然后对最小秤量(Min)100e,500e,1/2Max,2000e,最大秤量(Max)这5个秤量点进行检定测试并将这5个称量点的示值误差控制在0.5%以内。

(三)三维空间的称重计量模式

三维称重计量模式的建立主要在于起升高度中自离地5m往上的每个2m间距点上,也要像变幅称量时对每隔2m点进行整个称量段(不少于5个称量点)载荷量值的检定测试与误差修正或补偿,如上图3-1所示,从而在x、y轴线的空间内,建立起无论抓斗中的任一载荷量值,在任何一个幅距点,还是在任何一个高度点上,均能保持并得到与抓斗中载荷的相同量值,成为一个三维的线性称重计量空间。

四、中央微机称重控制及管理软件

门座式起重机动态抓斗电子秤,具有称重/监控两种工作模式。通过无线通讯方式实现对称重过程的实时监控。还具有计算机联网和管理功能。能在抓斗或钩头作业过程中对散装货物进行称重。该产品可对散堆装货物进行定量装载,广泛应用于铁路货场、矿山、港口、码头等作业场所,其主要流程如下图所示。

(一)称重仪表使用

为保护称量数据不被无关人员查看和改动,需要确认身份后才允许使用。用手写笔点击司机登陆的功能选项时,系统会打开身份确认窗口确认你合法身份,如下图4-2所示。

在“请输入操作员的编号”输入正确的操作员编号,单击“回车”按钮,如果输入都正确,右侧会显示所代表的司机姓名,随后在“口令”输入操作员编号的密码(注意输入口令时,无论输入什么,计算机均显示*)。单击“确定”按钮,如果输入都正确,即可进入港口吊机装载系统。

(二)负荷限制报警

在装/卸驳过程中,如果抓起的货物超载,仪表会立即控制吊机抓斗不能继续提升,并无法变幅和转臂,只能放斗。同时仪表界面上的负荷限制报警提示灯亮,如上图5-2所示。