1 引言

隨著我國(guó)造船業(yè)的發(fā)展，造船門(mén)式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)龍門(mén)吊)的起重量和跨距的記錄也在不斷地刷新。作為造船的重要配套設(shè)備，其安全性顯得格外重要，特別是大車(chē)行走時(shí)，剛腿和柔腿的同步，更是重中之重。

龍門(mén)吊的大車(chē)在行走期間，剛腿和柔腿之間的位置偏差在一定范圍內(nèi)是允許的，一般不超過(guò)大車(chē)跨距的3‰，如果超出這個(gè)范圍，就會(huì)產(chǎn)生以下危害：

(1) 大梁扭曲變形，對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)造成永久性損傷。

(2) 如果主梁變形的幅度超出其恢復(fù)能力，其起重量也將受到一定影響。

(3) 一般龍門(mén)吊的主梁與柔性腿的頂部采用柔性鉸連接，而不是剛性的結(jié)合，如果剛腿和柔腿發(fā)生大的偏差，則會(huì)造成主梁相對(duì)于柔腿扭曲，有可能引發(fā)柔性鉸座斷裂，進(jìn)而造成主梁摔落或整機(jī)傾翻的嚴(yán)重事故。

2 大車(chē)偏差產(chǎn)生的原因分析

龍門(mén)吊的剛腿和柔腿在行走過(guò)程中產(chǎn)生不同步，一般是由以下6個(gè)方面原因造成。

(1) 大車(chē)行走的機(jī)械傳動(dòng)裝置存在著制造上的個(gè)體差異，每套傳動(dòng)裝置都不可能完全一樣，比如車(chē)輪的直徑、減速箱的速比等。

(2) 驅(qū)動(dòng)龍門(mén)吊剛腿和柔腿行走的電機(jī)，分別由2個(gè)相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，它們都是閉環(huán)控制，原則上是司機(jī)的指令給定多少速度，驅(qū)動(dòng)器就輸出相應(yīng)的電壓、電流和頻率。但實(shí)際上，閉環(huán)控制不斷地根據(jù)給定和反饋回來(lái)的轉(zhuǎn)速，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸出做出修正。這2個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)榈玫降姆答伈灰粯?，給出的修正也不同，這就造成了剛腿和柔腿的電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全一樣。反應(yīng)在輪子上，就是剛腿和柔腿的行走速度存在著細(xì)微的差異。

(3) 龍門(mén)吊的自身結(jié)構(gòu)不具備糾偏能力，主梁與剛腿間的連接是硬性連接，但是它與柔腿之間的連接卻是柔性連接的，當(dāng)剛腿和柔腿發(fā)生偏差時(shí)，主梁無(wú)法將柔腿“拉回來(lái)”。

(4) 大車(chē)制動(dòng)力矩和抱閘時(shí)間存在差異，導(dǎo)致剛腿和柔腿輪子停下來(lái)所需的制動(dòng)時(shí)間不同。

(5) 龍門(mén)吊的重心移動(dòng)，比如主梁上下小車(chē)位置的變化，以及所吊構(gòu)件的重量大小及其位置，都會(huì)使整機(jī)的重心發(fā)生偏移，從而影響大車(chē)行走時(shí)的慣性。

(6) 受軌道影響，由于大車(chē)軌道在沉降或垂直度上不可能保證完全一致，或者軌道上存在異物或間隙，對(duì)于精確到厘米級(jí)的編碼器監(jiān)測(cè)裝置來(lái)說(shuō)，都會(huì)積累誤差，形成軟件控制上的偏差。

3 龍門(mén)吊大車(chē)的糾偏方法

3.1 糾偏的原則

行業(yè)內(nèi)通用的做法是，以主梁的跨度為依據(jù)，比如主梁的跨度為100 m，剛腿和柔腿的偏差在1‰(即0.1 m)以?xún)?nèi)時(shí)，不進(jìn)行糾偏；當(dāng)剛腿和柔腿的偏差在1‰～2‰(即0.1～0.2 m)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)糾偏；當(dāng)剛腿和柔腿的偏差在2‰～3‰(即0.2～0.3 m)時(shí)，大車(chē)速度減半(司機(jī)給定速度除以2)，系統(tǒng)開(kāi)始快速自動(dòng)糾偏；當(dāng)剛腿和柔腿偏差達(dá)到3‰(即0.3 m)時(shí)，大車(chē)自動(dòng)停車(chē)；當(dāng)剛腿和柔腿偏差超過(guò)3‰達(dá)到4‰(即0.4 m)時(shí)，大車(chē)急停，司機(jī)室內(nèi)不能操作大車(chē)行走，只能在大車(chē)本地操作站操作，進(jìn)行手動(dòng)糾偏。

3.2 糾偏的思路

(1) 糾偏一般以剛腿作為參照物，如果柔腿超前，則降低柔腿的速度，如果柔腿滯后，則提高柔腿的速度。

(2) 獲取剛腿和柔腿間的偏差值，做出正確的判斷。

(3)由于剛腿和柔腿分別由2套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，因此，可以通過(guò)改變?nèi)嵬入姍C(jī)轉(zhuǎn)速的方法，改變?nèi)嵬刃凶叩乃俣?，以起到糾正大車(chē)偏斜的目的。通常情況下，大車(chē)電機(jī)的全速都是取額定轉(zhuǎn)速的95%，相差的5%則用來(lái)給柔腿糾偏使用，例如柔腿滯后時(shí)，柔腿驅(qū)動(dòng)器將柔腿電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?5%提高到100%。

3.3 糾偏的幾種方法

糾偏的前提是掌握剛腿和柔腿的行走偏差，因此通常說(shuō)的糾偏方法，就是獲取“行走偏差”的方式。

3.3.1 采用增量型編碼器和高速計(jì)數(shù)模塊

通過(guò)電動(dòng)機(jī)自帶的增量型編碼器、驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。同時(shí)PLC通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊，統(tǒng)計(jì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，根據(jù)電機(jī)輸出軸到大車(chē)輪子的傳動(dòng)速比，計(jì)算出大車(chē)的行走距離。為了保證大車(chē)行走距離的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在大車(chē)的剛腿側(cè)和柔腿側(cè)的軌道上，每隔一定距離，預(yù)埋“歸零”或“校驗(yàn)”的磁鐵。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少；缺點(diǎn)是斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，需重新置位。另外，由于是間接的獲取行走距離，受機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的影響較大。

3.3.2 采用絕對(duì)值編碼器

在大車(chē)的從動(dòng)輪上安裝絕對(duì)值編碼器(見(jiàn)圖1)，通過(guò)計(jì)算輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，來(lái)獲取大車(chē)的行走距離?？紤]到輪子打滑、軌道誤差、編碼器累積誤差等因素的存在，也會(huì)通過(guò)在大車(chē)的軌道兩側(cè)，預(yù)埋“歸零”或“校驗(yàn)”的磁鐵，來(lái)進(jìn)行位置的校準(zhǔn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，且斷電后編碼器數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)受到輪子打滑和編碼器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方面的影響。

3.3.3 采用磁尺

分別在剛腿側(cè)和柔腿側(cè)的軌道旁預(yù)埋磁尺。這種方法可以準(zhǔn)確地獲取剛腿和柔腿的位置，但缺點(diǎn)是投入較高，且由于龍門(mén)吊的大車(chē)軌道上經(jīng)常有叉車(chē)、平板車(chē)等交通工具通過(guò)，很容易將磁尺壓壞。

3.3.4 采用位移傳感器

大多數(shù)龍門(mén)吊的主梁和柔性腿之間，采用柔性鉸連接，因此主梁相對(duì)于柔性腿是可以活動(dòng)的，當(dāng)柔腿相對(duì)于剛腿超前時(shí)，柔性鉸就會(huì)產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)。通過(guò)位移傳感器獲取旋轉(zhuǎn)的變化量，找出它與柔腿大車(chē)行走超前和滯后之間的關(guān)系，即可用它來(lái)反應(yīng)剛腿和柔腿間的偏差。當(dāng)柔腿大車(chē)超前時(shí)的偏差量在1‰時(shí)，位移傳感器上測(cè)得的偏移量是10 mm(見(jiàn)圖2)，當(dāng)柔腿大車(chē)超前時(shí)的偏移量在2‰時(shí)，位移傳感器上測(cè)得的偏移量是20 mm；當(dāng)柔腿大車(chē)超前時(shí)的偏移量在3‰時(shí)，傳感器上測(cè)得的偏移量是30 mm，反之亦然。這些數(shù)值即可反應(yīng)兩腿的偏差量。由此，可以將傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)(反應(yīng)大車(chē)偏差-3‰～3‰)，用于設(shè)定大車(chē)糾偏的門(mén)檻值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，受大車(chē)行走機(jī)構(gòu)的影響較小，可直接反應(yīng)偏差狀況；缺點(diǎn)是會(huì)受到風(fēng)載的影響，使測(cè)量值存在誤差，需另安裝罩殼保護(hù)，且傳動(dòng)關(guān)節(jié)較多，易產(chǎn)生磨損和誤差。