CN103434965A - 变频电动恒张力系泊绞车 - Google Patents

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

变频电动恒张力系泊绞车

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系统，在恒张力工况条件下，变频系统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电控系统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，进而影响到变频系统中转矩限制设定值，系统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系统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控制器是整个电器系统的控制核心，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系统可处理的电信号。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，张力传感器是电控系统从绞车采集信号，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，同时系统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系统。整个系统配备制动电阻对整个电路系统进行保护，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系统。

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。

电控系统主要有变频调速柜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还可以指示系统运行状态，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。

变频器系统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，系统结构简单，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系统。