0引言

主起升機構采用行星三減速器或行星大減速器方案，是鑄造起重機中的一種重要機型。鑄造起重機的主起升機構都是雙驅動系統驅動。行星減速器自身的結構特點可滿足主起升機構2套驅動系統巾的任意1套出現故障時，單驅動系統可以長期半速工作的工況，非常有利于煉鋼廠的使用和維修。行星減速器自身的缺點是可能會發生斷軸，且一旦發生斷軸故障只能靠卷簡上的安全制動器制動，減速器高速軸上的工作制動器即使抱閘也起不到制動作用，故采用行星減速器方案必須配置一套行星傳動鏈實時起重機安全監控管理系統，用以監測行星傳動鏈是否發生故障并對其相應狀況進行保護

1行星傳動鏈實時起重機安全監控管理系統設計

1．1系統的硬件構成

系統的硬件構成主要包括：在行星減速器的2個高速端(電機尾部)分別配置一個增量式編碼器，在行星減速器2個低速端(卷筒尾部)分別配置1個增量式編碼器和超速開關，PLC系統配置1個高速模塊。基本工作原理為：將4個編碼器接到PLC系統的高速計數模塊上，讀取4個編碼器的計數值，再通過程序運算來判斷是否發生斷軸故障。圖1和圖2分別列出了行星三減速和行星大減速器2種方案的布置圖。

1．2系統的數學模型

行星減速器發生斷軸有2種情況：高速軸斷和低速軸斷。高速軸斷裂會使鋼包墜落地面，低速軸斷裂會使鋼包發生偏斜。行星傳動鏈實時起重機安全監控管理系統不僅能監控這2種斷軸情況，還可附帶監控如工作制動器制動力矩不夠、驅動裝置力矩不夠、超速等情況。各模型中的變量定義說明：～為l號高速軸(電機)編碼器計數值，／v為2號高速軸(電機)編碼器計數值，Ⅳ為1號低速軸(卷筒)編碼器計數值，Ⅳ為2號低速軸(卷筒)編碼器計數值，△為1號高速軸(電機)編碼器計數值在100ms內的變化量，△Ⅳ為2號高速軸(電機)編碼器計數值在100ms內的變化量，△Ⅳd為1號低速軸(卷筒)編碼器計數值在100ms內的變化量，△Ⅳ為2號低速軸(卷筒)編碼器計數值在100ms內的變化量。

1)高速軸發生斷軸

將2個高速軸編碼器的計數值相加再除以低速軸編碼器的計數值，理論上該值應該等于減速器速比除以卷簡編碼器增速齒輪箱速比，當該值超過一定范圍后，認為高速軸發生斷軸。表示減速器的速比除以卷簡編碼器增速齒輪箱速比；表示允許的偏差量。

2)低速軸發生斷軸將2個低速軸編碼器的計數值相減，理論上差值應該為0，當差值超過允許范圍后，認為低速軸發生斷軸。表示100ms內變化量允許的偏差量，：表示編碼器計數值允許的偏差量。

3)工作制動器故障

當工作制動器故障造成制動力矩不夠，手柄回零位后會發生溜鉤現象。此時工作制動器抱閘信號反饋回PLC中，但低速軸編碼器計數在100ms內的變化量卻不等于0，即認為工作制動器故障。

4)驅動裝置故障

當驅動裝置故障造成起升力矩不足時，在起升時會造成溜鉤，在下降時會造成超速。所以，當給出上升指令后，低速軸編碼器計數值在100IXIS內的變化量為負數時，即認為驅動裝置故障。

5)超速故障

低速軸編碼器計數值在100ms內的變化量可以理解為卷簡的角速度，故當該值超過設計的最大值時即可認為發生超速故障。表示起升機構角速度的最大值。

2行星傳動鏈實時起重機安全監控管理系統的運算方法及誤動作分析和對策

2．1采用差值運算法

1)高速軸斷軸

在前述運算時，要用編碼器在100ms內的變化量作為計算值，不能用編碼器的累計計數值。如果采用累計值做運算，判斷發生斷軸的偏差量不是一個固定值，它會隨著起升高度的增加而增加，這樣會存在安全隱患。假設高速軸編碼器計數值的偏差值達到才能觸發斷軸報警，即O／為減速器速比除以卷簡編碼器增速齒輪速比，是一個固定值；為設定的誤差值，也是一個定值；而ⅣlJ是低速軸編碼器的計數值，它與起升高度成正比；所以，s也跟起升高度成正比。一般鑄造起重機的起升高度為30m左右，則會相差30倍。如果起升機構從最低點上升到最高點附近處發生斷軸，則由于s的變大而造成檢測系統輸出斷軸信號時間急劇變長，增加了安全事故的風險。如將Ⅳ替換成△Ⅳd則不會出現該問題，因為ANa，是低速軸編碼器計數值在100IllS內的變化量，跟起升高度無關，只與速度有關，而機構的速度是固定值，故也為固定值。

2)低速軸斷軸

如前所述，2個低速軸之間既做了編碼器在100ms內計數值變化量的比較，又做了編碼器累計值的比較。當2個低速軸卷筒角速度超差時即會輸出斷軸信號，當2個低速軸卷筒上的鋼絲繩運行距離超差時也會輸出斷軸信號。

2．2常見誤動作情況及對策以某鋼廠制造的鑄造起重機為例，在現場使用某監控軟件進行在線監控，發現行星傳動鏈實時監控系統經常出現誤動作的情況主要有3種：主起升機構剛啟動時；主起升機構在接近停止時；主起升機構由上升到下降或是由下降到上升時。經過分析，出現以上誤動作的情況主要是由于整個傳動鏈上存在間隙，尤其是電機編碼器的聯軸器和卷簡編碼器的聯軸器，在使用時間長了以后存在磨損的情況。

針對以上3種誤動作情況進行分析，發現都是在卷簡轉速非常低時發生的。所以，可采取當減速器低速端(即卷筒)的角速度非常低時不進行斷軸檢測的辦法來屏蔽這些誤動作，即當△，v和△Ⅳ同時為很小值時不做斷軸檢測，根據現場經驗，可取一擋速度的一半左右。如果此時出現斷軸故障，則△和△Ⅳ必然會有一個迅速增大，在非常短的時間內就超出不做檢測的閾值，可以正常判斷發生故障，不會造成安全隱患。采用此方法來屏蔽上述3種誤動作情況的優勢是程序邏輯簡單，不容易出現衍生邏輯問題；也不需要再使用時間繼電器來屏蔽誤動作，因為時間繼電器的延時時間不好掌握，比較容易出現安全隱患。

3其他誤動作情況及對策

除此之外，還有編碼器信號線受干擾和編碼器累計誤差造成的誤動作。由于編碼器信號電纜的距離普遍比較長，傳輸信號的電壓等級為C5V，比較容易受干擾。編碼器長期工作可能會因為丟轉等原因造成累計誤差。針對此問題采取如下措施來解決：1)每次主起升機構手柄回到零位時將各個編碼器的計數值清零。2)每種故障信息持續發生300Ills才認為該故障信息真正發生。

結束語

經過上述措施，行星傳動鏈實時監測系統較好地完成了行星減速器的斷軸保護任務，到目前為止尚未出現誤動作情況，使采用行星減速器方案的鑄造起重機更加安全可靠。