變頻電動恒張力系泊絞車的制作方法
【專利摘要】一種變頻電動恒張力系泊絞車，包括變頻調速柜、操作臺、變頻電機、變速箱、絞車和錨機，所述絞車和錨機分別與變速箱的兩個輸出軸連接，所述變頻電機與變速箱的輸入軸連接，變頻調速柜包括變頻器和PLC控制器，所述變頻電機通過變頻器與PLC控制器連接，所述變速箱傳動軸的軸端設有張力傳感器，所述張力傳感器與PLC控制器連接，所述操作臺與變頻調速柜內的PLC控制器連接。有益效果：本發(fā)明能夠的優(yōu)點是傳感器布置位置合理，張力信號捕捉精確，絞車恒張力控制性能優(yōu)良，不用過度依賴電機，延長電機使用壽命，操作方便簡單。
【專利說明】變頻電動恒張力系泊絞車
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船用系泊絞車，特別涉及一種用于船舶固定的變頻電動恒張力系泊絞車。
【背景技術】
[0002]系泊絞車是船舶固定用的主要設備，是甲板機械的重要裝備之一，當船舶靠離碼頭及系泊時都需要用系泊絞車作業(yè)。當船舶由于裝卸引起水位變化或者受到漲潮落潮變化時，船與碼頭設施的系泊相對位置隨著發(fā)生變化，這就需要及時地調整原先系泊好的纜索，以免造成崩斷纜索或船舶飄開的現(xiàn)象，所以要進行張力補償，讓系泊絞車能自行調整纜索的松緊程度。電機驅動的系泊絞車功能的實現(xiàn)主要依靠變頻調速系統(tǒng)，在恒張力工況條件下，變頻系統(tǒng)中調節(jié)電位器電路接通，由電位器設定張力模擬量的輸入值，絞車處在轉矩限制模式下工作，當外力小于轉矩限制值，絞車正轉進行收纜，當外力大于轉矩限制值，絞車反轉進行放纜，外力越大，制動力越大，起到張力控制作用，增加系泊的安全性。而恒張力制動效果是否明顯就涉及到電位器的靈敏度，張力模擬量的采集。模擬輸入信號越精確，恒張力制動效果越好。實際工況條件下，模擬量的輸入由操作者來判斷，存在一定的誤差，大大降低了設備運行的效率。目前，國內電動恒張力絞車主要使用PLC電控系統(tǒng)和三速電機來實現(xiàn)恒張力功能，存在很多不足。；許多廠家也曾設計過優(yōu)秀的技術方案，如專利號為00240765.5名稱為恒張力電纜卷筒的專利。它是由恒張力輸出的渦輪減速器、集電器機構和卷筒組成，其結構簡單，但實現(xiàn)的功能精度不高。
[0003]目前常見的電動系泊絞車存在以下問題:
[0004]1，張力信號模擬量不夠精確穩(wěn)定，進而影響到變頻系統(tǒng)中轉矩限制設定值，系統(tǒng)無法捕捉到精確的轉矩臨界值，使電機頻繁的正反轉，在恒張力工況下，電機一直處于工作狀態(tài)，發(fā)熱量大，長期使用電機易損壞，使用壽命大大降低。
[0005]2，三速電機的調速范圍有限，需手動切換檔位，無法實現(xiàn)無極變速，易受到沖擊，容易損壞，相應的影響了整臺絞車的工作效率。
【發(fā)明內容】
[0006]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種配備變頻調速系統(tǒng)的高性能變頻電動恒張力系泊絞車。這種絞車安裝使用方便，測力準確，能夠更有效的進行張力控制，滿足工況要求。
[0007]技術方案:一種變頻電動恒張力系泊絞車，包括變頻調速柜、操作臺、變頻電機、變速箱、絞車和錨機，所述絞車和錨機分別與變速箱的兩個輸出軸連接，所述變頻電機與變速箱的輸入軸連接，變頻調速柜包括變頻器和PLC控制器，所述變頻電機通過變頻器與PLC控制器連接，所述變速箱傳動軸的軸端設有張力傳感器，所述張力傳感器與PLC控制器連接，所述操作臺與變頻調速柜內的PLC控制器連接。變頻器與變頻電機結合就夠實現(xiàn)5—IOOHz可逆無極調速，50Hz以下為恒轉矩調速，50Hz以上為恒功率調速。隨著外界負載的變化，絞車收放纜的速度會產生變化，PLC控制器對變頻電機發(fā)出加速或減速的指令，從而實現(xiàn)恒張力限制控制過程。使用變頻調速后變頻電機能平滑過渡，在5-lOOHz內進行無極變速，不會產生沖擊，有效提高變頻電機使用壽命。變頻器和變頻電機的結合使絞車具備了寬調速范圍，高穩(wěn)速精度，快速動態(tài)響應。變頻器內部具有電流反饋環(huán)節(jié)，所以起動性能良好，反應靈敏，根據(jù)外界負載大小能快速輸出相應起動電流，一般不會超過額定電流，所以對電網(wǎng)無沖擊，變頻器具有適應于電動機能力。
[0008]可編程的PLC控制器是整個電器系統(tǒng)的控制核心，對電源，保護，連鎖，可逆調速，控制位置轉換，電機制動，電機通風加熱等輔助電路進行控制，并對運行參數(shù)進行測量，顯示，報警，故障進行檢測和測量。PLC控制器集成在變頻調速柜中。
[0009]張力傳感器安裝在變速箱某一級傳動軸的軸端，絞車卷筒收放纜傳遞轉矩到主軸上，張力傳感器檢測到傳動軸上的負荷并轉換為電控系統(tǒng)可處理的電信號。工作原理是應變電阻計，軸端的負荷作用于傳感器上產生的彈性變形引起應變電阻值變化。進而產生一個毫伏級的電壓信號，張力傳感器是電控系統(tǒng)從絞車采集信號，用于閉環(huán)控制的開端，測力準確，不易損壞，能夠持續(xù)有效的輸出張力信號。
[0010]所述張力傳感器與PLC控制器之間設有信號放大器。信號放大器可以把張力傳感器產生的毫伏級電壓信號放大處理，轉換為PLC控制器可接收的標準電流信號，PLC控制器處理信號，計算出張力大小并通過作操臺顯示出來，同時系統(tǒng)將此張力值作為反饋值，自動調節(jié)變頻器的輸出，使纜繩的張力值保持在設定范圍內，當纜繩處于恒張力狀態(tài)時，變頻電機就不用在動作，直到外界負載產生變化，張力傳感器檢測的信號產生變化，變頻電機重新啟動工作。
[0011]本發(fā)明還包括制動電阻，所述制動電阻通過PLC控制器接入整個電路系統(tǒng)。整個系統(tǒng)配備制動電阻對整個電路系統(tǒng)進行保護，當設備工作時如果負載大速度快，在快速換向時會產生很大的反饋能量，將電能回饋到變頻器，因而導致直流母線電壓的升高。制動單元將制動能量送至外部制動電阻上并轉換成熱能消耗掉，起到了很好的保護作用。
[0012]有益效果:本發(fā)明能夠的優(yōu)點是傳感器布置位置合理，張力信號捕捉精確，絞車恒張力控制性能優(yōu)良，不用過度依賴電機，延長電機使用壽命，操作方便簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的控制原理圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]如圖所示，一種變頻電動恒張力系泊絞車，包括變頻調速柜1、操作臺2、變頻電機
3、變速箱4、絞車5和錨機6，所述絞車5和錨機6分別與變速箱4的兩個輸出軸連接，所述變頻電機3與變速箱4的輸入軸連接，變頻調速柜I包括變頻器和PLC控制器，所述變頻電機3通過變頻器與PLC控制器連接，所述變速箱4傳動軸的軸端設有張力傳感器，所述張力傳感器與PLC控制器連接，所述操作臺2與變頻調速柜I內的PLC控制器連接。所述張力傳感器與PLC控制器之間設有信號放大器7。還包括制動電阻8，所述制動電阻8通過PLC控制器接入整個電路系統(tǒng)。[0016]本發(fā)明的絞車5部分單絞纜筒，帶隔離板，第一層額定拉力IOOkN,額定絞纜速度15m/min,空載速度37m/min,纜索直徑52mm,容繩量180m。
[0017]選用45kW/八級變頻電機3，工作制SI，電壓380V，50Hz，帶剎車制動器，額定輸出扭矩573Nm.變頻電機3輸出軸法蘭端面和變速箱4側板法蘭面板通過螺栓連接固定，變頻電機3軸上裝有小齒輪。整個變速箱4設計采用三級齒輪傳動，在第二根傳動軸端安裝張力傳感器，在軸端裝配調心滾子軸承，軸承外圈再套上圓餅式張力傳感器，張力傳感器右端面帶油封結構，用螺栓連接一圓板，圓板中間留密封圈空間，防止變速箱內油液滲入。左端面通過一空心軸承蓋連接在變速箱側板上，張力傳感器左端面上可以布置信號放大器電路板和連接電纜，軸承蓋上帶有一封蓋封住傳感器。傳感器外徑0 300，內徑0 110，厚度35，張力量程2.5T。傳感器配MW1-12062張力放大器，輸出信號4-20mA。相配合的調心滾子軸承為22212CA，內徑0 60，外徑0 110。這樣布置既可以準確檢測到張力負荷，又能很好的保護張力傳感器。
[0018]變速箱4輸出右端為錨機6，左端為絞車5，絞車5帶恒張力功能。軸承兩端用蓋板封住。副卷筒通過雙平鍵固定在絞纜筒兩端輪轂上裝入銅套，然后套入軸上，銅套兩外端面裝有距離擋圈，擋圈外端有軸用擋圈定位，防止絞纜筒向兩端竄動。絞纜筒左端側焊有剎車制動圈，制動圈上裝有剎車裝置。變速箱4輸出軸轉動帶動離合器轉動，離合器通過撥叉的撥動和絞纜筒左端面上的牙塊咬合，帶動絞纜筒轉動。撥叉頭部與離合器的凹槽連接，手動操作撥叉控制離合器的分離。支撐架里裝有滾動軸承，替代以往使用銅套。這是絞車整體結構的布置。
[0019]電控系統(tǒng)主要有變頻調速柜1，操作臺2，變頻電機3，張力傳感器，制動電阻8構成。
[0020]操作臺2操作面板上的布置，電源燈，報警燈，故障燈，加熱燈，加熱開關，啟動按鈕，故障復位按鈕，緊急剎車按鈕，自動手動切換開關，和手動操作手柄。操作手柄可進行正反向操作，帶三檔速度變換，可以在變頻器里設定不同的頻率值來調整速度的大小，手柄向下推，絞車放纜，往后推，絞車收纜。操作手柄回零制動器即剎車。操作臺2防護等級為IP56，面板上裝有顯示屏幕可以看到卷筒纜繩張力值，操作臺2可以選擇絞車控制方式，選擇收/放纜，操作臺2還可以指示系統(tǒng)運行狀態(tài)，當過載后發(fā)出聲光報警信號。船員只需在操作臺上動作就可以完成絞車的收放纜工作，可以手動收放纜，也可以在恒張力狀態(tài)下工作。
[0021]變頻器系統(tǒng)2電路結構簡單，設計方便，調速范圍廣泛，恒轉矩和恒功率調速自動轉換，保護齊全，系統(tǒng)結構簡單，經濟可靠，調試便捷。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是傳感器布置位置合理，張力信號捕捉精確，絞車恒張力控制性能優(yōu)良，不用過度依賴電機，延長電機使用壽命，操作方便簡單。
【權利要求】
1.一種變頻電動恒張力系泊絞車，其特征在于:包括變頻調速柜(I)、操作臺(2)、變頻電機(3 )、變速箱(4 )、絞車(5 )和錨機(6 )，所述絞車(5 )和錨機(6 )分別與變速箱(4 )的兩個輸出軸連接，所述變頻電機(3)與變速箱(4)的輸入軸連接，變頻調速柜(I)包括變頻器和PLC控制器，所述變頻電機(3)通過變頻器與PLC控制器連接，所述變速箱(4)傳動軸的軸端設有張力傳感器，所述張力傳感器與PLC控制器連接，所述操作臺(2)與變頻調速柜Cl)內的PLC控制器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的變頻電動恒張力系泊絞車，其特征在于:所述張力傳感器與PLC控制器之間設有信號放大器(7)。
3.根據(jù)權利要求1所述的變頻電動恒張力系泊絞車，其特征在于:還包括制動電阻(8),所述制動電阻(8)通過PLC控制器接入整個電路系統(tǒng)。
【文檔編號】B66D1/50GK103434965SQ201310291930
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權日:2013年7月11日
【發(fā)明者】余小兵, 陳康俊, 高海軍 申請人:江蘇威和重工有限公司