80吨履带起重机控制系统简析

来源:用户上传      作者: 张铮

　　[摘要]80吨履带式起重机是武桥重工股份有限公司新型研制的一种高层建筑施工用的自行式起重机，对该设备的电气及控制系统进行了阐述。
　　[关键词]履带式起重机；控制系统；安全保护
　　
　　80吨履带式起重机是武桥重工股份公司新型研制的一种高层建筑施工用的自行式起重机，可广泛用于水电、风电、钢铁等基建工程的安装建设。该起重机整车结构由上车和下车两大部分组成，上车主要包括转台、吊臂、动力装置、卷扬机构、变幅机构、回转机构、司机室及液压系统、电气系统、安全系统等相关机构组成。下车主要由车体、走形马达、伸缩油缸、制动系统，以及液压系统和电气系统。整车外形和电气布置图(见图1)。
　　(1)司机室安全保护系统：
　　(2)发动机虚拟仪表；
　　(3)电源与发动机控制器；
　　(4)机房控制电器柜；
　　(5)发动机信号转换模块：
　　(6)角度及载荷传感器；
　　(7)下车控制电气箱。
　　80吨履带式起重机臂杆为多节组装桁架结构，调整节数后可改变长度，长度13m～58m，整车重量(含基本臂和80吨钩子)79吨，最大起重量80吨，工作半径4.3m～38m，爬坡能力(带基本臂、司机室朝后)30％，行走速度0km／h～2km／h。动力部分采用一台(6CTAAS.3-C250)康明斯柴油机，控制电压24V，电池组(12V 165AH x2)。起升机构由主、副、臂杆三套卷扬系统，主卷扬系统用于主钩吊重，副卷扬系统用于副钩吊重，臂杆卷扬用于起重臂起升下落。
　　80吨履带式起重机的电气系统采用直流低压供电方式DC24V，负极搭铁，装有一组2台12V串联165A.H蓄电池，作为发动机启动电源和发动机停车后的备用电源，蓄电池的总开关为切断电池正极。蓄电池通过发动机上的自稳压交流硅整流发电机进行充电。
　　电气系统大致可分为：电源与发动机监控部分、液压控制系统、安全保护系统、下车辅助控制，共4部分组成。
　　一、电源与发动机监控部分
　　80吨履带式起重机的动力部分由一台柴油发动机和一组蓄电池组成，蓄电池负极搭铁。发动机它本身带有自稳压交流硅整流发电机1.6kw／28V额定电流70A，运行中就能提供本机的工作电源和向蓄电池补充充电。起重机配一组12V、165AH蓄电池组。司机室副操作台设有一个电钥匙开关，用于控制电磁式电源总开关，打开电钥匙开关，机房内的电磁式开关吸合，控制系统得电工作。
　　发动机采用康明斯柴油机，额定转速2200ffmin、额定功率186kW、最大扭矩1158N*m／1500rpm，为整车的液压系统提供动力部分，完成起升、变幅及走行动作。发动机监控系统由仪表部分、辅助系统、停机系统组成。其主要仪表及电气元件有发动机虚拟仪表及点火锁、启动开关、传感器、断油电磁铁等组成。
　　断油电磁阀工作原理：点火钥匙施到RUN／ON时，断油电磁阀(红线)保持线段通电，断油电磁阀处于正常共有位置；当点火钥匙施到START时，断油电磁阀(白线)起动线圈通电，断油电磁阀处于最大供油位置，同时起动继电器线圈通电，起动机电机运转，发动机启动成功后，松开点火钥匙，点火钥匙弹回RUN／ON位置，发动机处于正常运行状态。当点火钥匙施到OFF或ACC时，断油电磁阀(红线)保持线圈断电，断油电磁阀处于断汕位置，发动机停机。
　　
　　发动机虚拟仪表系统由三部分组成，上位机(控制器及显示)一总线通讯(CANbus)下位机(控制器)。上位机负责数据处理能力和人机界面，通过CAN总线与下位机相连，实现CAN2.0B协议(兼容CAN 2.0A协议)的连接通信，负责对整个发动机及辅助系统进行监视管理。下位机(控制器)采用BML／C8051型CAN总线控制器，BML／CS051型CAN总线控制器拥有22个开关量输入口、7个模拟量输入口、2个脉冲速度检测口、6个PWM(脉宽调制)输出口、6个开关量输出口、1个CANbus总线接口。发动机信号通过转换模块采集标准0～5V电压信号集中处理。为减少干扰，下位机模拟信号电源为15V，由单独的电源模块供电。发动机虚拟仪表界面(见图2)。
　　区域(1)主泵压力，主泵一(量程40MPa)，主泵二(量程40MPa)。
　　区域(2)滤油器堵塞状态，吸油滤、回油滤、压力管路过滤器，绿色为正常，显示红色滤油器堵塞。
　　区域(3)转速表，用于显示发动机的转速和累计工作小时。
　　区域(4)水平仪，用于显示起重机的水平位置和垂直位置。
　　区域(5)仪表盘，用于显示发动机的水温、机油压力、燃油量、电瓶电压及风速。
　　
　　二、液压控制系统
　　
　　80吨履带式起重机液压控制系统采用液压传动方式，液压泵输出压力油，经过压力阀、方向阀、流量阀等控制元件，使马达、油缸等工作机构动作。由开关电磁阀来控制油路开启，开关电磁阀电压DV24V，15个；接近开关，包括A型架限位、回转锁定，和主臂角度限位共3个；主副钩高度限位各1个。安全监测信号：A型架限位：限位开关，A型架升到位即发出信号；回转锁定：接近开关，回转销在锁定位置时发出信号；防过卷装置：即高度限位器，主卷扬、副卷扬各一套，共两套；主臂角度限位：限位开关，臂架仰角达到78。时发出信号。开关电磁阀：电磁阀为得电工作(+)，断电保护(一)，由按钮和继电器等信号来控制电磁阀工作。SVI启动风扇，液压系统散热，面板开关控制。SV2A型架油缸卸荷，与准备动作(SV8)同时工作。SV3A下车供油，用于下车控制器操纵支腿和履带伸缩油缸，完成履带安装。SV3B A型架供油，用于A型架安装，升降供油。SV4A A型架升，A型架起升。SV4BA型架降，A型架下降。SV5主阀合流，1、2号主泵合并排量，变幅升降禁用。SV6(备用)。SV7回转制动器，打开回转制动器。左右回转时(压力开关5bar有信号)，自动打开。SV8准备动作，建立伺服控制系统油路压力。回转锁定销检测信号有(+)，A型架到位信号无(一)，下车供油打开时(SV3A+)时，准备动作均不通电(SV8一)。SV9主卷扬升，控制起重机主钩上升。主钩高度限位(一)，主卷扬升不通电(SV9-／。SV10副卷扬升，控制起重机副钩上升。副钩高度限位(.)，副卷扬升不通电(SV10-)。SV11变幅升，控制起重机变幅上升。变幅限位(+)，变幅升不通电(SVn-)。SV12变幅降，控制起重机变幅下降。主钩高度限位(-)，副钩高度限位(-)变幅降不通电(SV11-)。SV13自由滑转，吊臂自由滑转一定角度到重物上方。按下自由滑转开关(SV13+)，回转制动器同时得电(SV7+)。
　　
　　三、起重机安全保护系统
　　
　　起重机配置安全保护系统，有力矩限制器主机和现场控制器组成，采用CAN总线通讯控制。
　　根据人工输入的起重臂长度、倍率，系统会自动按照相应的起重特性曲线执行安全保护。全程进行作业过程监控，信号包括角度、载荷等，并实时显示作业信息和操作提示。当起重力矩超载或起重机超出安全方向时，系统发出声光报警信号，并切断危险方向控制信号，提示操作人员进行安全方向操作。
　　1.起重机作业信号。包括载荷、角度、作业幅度、起升高度、吊臂长度、倍率和高度限位检测、A型架到位检测，回转锁定检测、风速检测等。
　　2.照明、视频监视信号。司机室前大灯为夜间工作提供起重机辅助照明，卷扬摄像机监视卷扬机工作状态排绳。
　　3.限动保护执行机构、警示。包括限动执行信号、起重机出限警示、航空障碍灯。起重机安全保护系统界面(见图3)。
　　区域(11中文提示报告栏，显示包括载荷接近界限和禁止吊重等重要提示信息。
　　区域(21时间显示窗口，显示当前日期及时间。
　　区域(3)起重机性能参数显示，显示起重机的各项参数，包括臂长、角度、高度、工作半径、起升信号和额定起重量等。
　　区域(4)大小钩载荷滚动条显示，显示大小钩起重载荷量。当重载荷达到或超过当前状态额定值100％时，载荷滚动条变为红色，并发出限动信号执行保护性限动。
　　
　　四、下车辅助控制
　　
　　起重机通过中央集电环将电源传送到下车的控制电气箱，通过外接遥控盒控制开关电磁阀，达到现场操作支腿油缸及履带伸缩功能。下车操作步骤与动作说明：(1)把遥控盒插到下车接线盒-XDgO1(7)上，可以进行支腿的伸缩操作：(2)把遥控盒插到下车接线盒-XD902(8)上，可以进行左右履带的伸缩操作；(3)电磁阀得电时。相应的支腿或履带才有动作，且同时下车油路总阀(-QM61)也要得电。(4)下车油路总阀(.QM61)，只有在操作时才会得电，操作时保证遥控盒上紧停开关不要按下。

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