一种四绳机械抓斗起重机钢丝绳预紧的控制方法

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本文提出一种针对四绳机械抓斗在抓料时开闭钢丝 绳上升过程中，同步预紧升降钢丝绳的控制方法，使抓 斗在闭合完毕时，升降钢丝绳与开闭钢丝绳均能保持绷 紧状态，同步受力均匀。
3 四绳机械抓斗预紧控制方法
图 1 四绳机械抓斗
2 四绳机械抓斗存在的问题
在抓料进行阶段，为了提高抓料时的抓满率，抓斗 在下降时通常以较快的速度冲向物料，沉入物料内部， 此时起升和开闭钢丝绳处于完全松弛状态。在四绳机械 抓斗抓料闭合过程中，由于通常都是开闭电机先动作， 带动开闭钢丝绳上升，升降钢丝绳保持静止，形成抓斗 闭合动作。伴随着闭斗动作的完成，开闭钢丝绳绷紧逐 渐上升受力，而升降钢丝绳仍处于松弛状态。取料完毕 准备上升时，通常需要人工先调整升降钢丝绳与开闭钢 丝绳同步紧绷平衡后再上升。或在上升的过程中，起升 钢丝绳加速去追赶开闭钢丝绳，达到同步受力平衡后再 保持速度一致。上述无论哪种方式，都将降低抓斗提升 的工作效率，增加了操作的复杂程度，降低钢丝绳的使 用寿命。
起重机抓斗开闭和升降控制驱动系统是以 PLC 中 央控制器为核心控制器件，以旋转编码器为位置检测 元件，以开闭变频器和升降变频器为调速装置 ， [4] 用 Profibus 现场总线将 PLC 与两台调速变频器连接成控制 驱动网络，以开闭电机和升降电机为开闭钢丝绳和升降 钢丝绳的驱动装置组成控制驱动系统（见图 3）。PLC 通过接收抓斗状态检测系统发送过来的质量信号并转换 为相关数据，通过 PLC 程序控制变频器来驱动电机执 行相关的动作。
四绳抓斗一般为物料的搬运吊具，可配备不同形式 的抓斗起重机。由于生产效率的不同导致抓斗起重机设 置的速度不同，其内部的控制系统也不同。四绳抓斗起 重机由 2 台变频器控制，分别为负责起升钢丝绳的变频 器和负责开闭钢丝绳的变频器 [3]。本文设计一种四绳机 械抓斗起重机抓料时钢丝绳预紧的控制方法。主要解决 常规四绳机械抓斗在抓料闭合时，升降钢丝绳与开闭钢 丝绳不能自动保持同步绷紧状态，导致升降、闭合机构 工作效率低，操作较为复杂，钢丝绳受力不均、使用寿 命短等问题。
中央可编程控制器（PLC）
4 总结
本文通过对四绳抓斗起重机的抓斗机构及运行原理 的分析，提出其运行效率低的可能原因，并提出一种钢 丝绳预紧的方法。该方法采用 PLC 及变频器控制的方法， 对开闭电机及升降电机进行协调控制，实现当抓斗取料 完毕后，开闭电机与升降电机同步上升时，开闭钢丝绳 与升降钢丝绳将基本保持同步，受力均匀。避免在抓料 时，升降钢丝绳处于松弛状态，在上升的过程中，起升 钢丝绳无需加速去追赶开闭钢丝绳，节省了时间，进而 提升了四绳抓斗搬运物料的运行效率。
关键词：抓斗起重机；四绳机械抓斗；变频控制；PLC；效率
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2021）12-0060-03 Abstract: Four-rope mechanical grab cranes are often used to transport bulk materials such as slag, ore and garbage. With the strengthening of environmental protection, its application in domestic garbage handling is increasing. This paper analyzes and expounds the operation process of the four-rope mechanical grab crane and its low operation efficiency. According to its structure and operation principle, it puts forward a control method that the hoisting wire rope is in a tight state and does not affect the opening and closing of the mechanical grab in order to improve the operation efficiency of the four-rope mechanical grab.
Profibus-DP
升降 变频器
升降 变频器
屏蔽线传输 屏蔽线传输
M 3～
升降电机
M 3～开闭电机源自图 3 控制驱动系统图此控制方法可有效提高起重机工作效率，优化钢丝 绳工作状态，大幅提高钢丝绳使用寿命。结构简单，易 于实现，具有良好的通用性，适用于目前大多数的四绳 机械抓斗起重机。
参考文献
[1] 王加文 . 浅析四绳抓斗的改进措施 [J]. 山东工业技术 , 2018(8):28,6. [2] 曲而刚 , 王健明 . 四绳抓斗差动控制系统 [J]. 起重运输
Keywords: grab crane; four-rope mechanical grab bucket; frequency conversion control; PLC; efficiency
0 引言
随着人们物质生活消费水平的提高，生活垃圾也愈 加增多，对于垃圾的无污染处理亟需解决。目前，通过 生活垃圾发电处理厂解决生活垃圾的无害利用问题。因 此针对垃圾处理厂的工业配套设备也在不断地增多，其 核心设备垃圾抓斗起重机在生活垃圾处理方面也变得愈 发重要。垃圾处理行业为 24 小时工作制，因此抓料设 备的运行效率至关重要。针对目前四绳机械抓斗起重机 运行效率低的问题，本文提出一种四绳抓斗起重机钢丝 绳预紧的控制方法，用以提高起重设备的运行效率。
钢丝绳预紧控制方法是通过抓斗状态检测系统提供 的质量信号来判断抓斗是否已经落在物料上处于取料状
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设备技术 EQUIPMENT TECHNOLOGY
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1. 上小车架 2. 质量传感器 3. 下小车架 图 2 重量传感器布置图
态，当 PLC 程序判断抓斗确实落在物料上并开始取料时， 起重机抓斗开闭和升降控制驱动系统的 PLC 在抓斗抓 料闭合的过程中会通过升降变频器自动给升降驱动电 机分配一个小转矩，使升降钢丝绳缓慢上升并保持预 紧状态。当抓斗取料完毕后，开闭电机与升降电机同 步上升时，开闭钢丝绳与升降钢丝绳将基本保持同步， 受力均匀。
引 用 格 式 赵丽媛，常中龙，李力，等 . 一种四绳机械抓斗起重机钢丝绳预紧的控制方法 [J]. 起重运输机械，2021（12）： 60-62.
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EQUIPMENT TECHNOLOGY 设备技术
逐渐收紧，负载的全部质量由起升钢丝绳和闭合钢丝绳 共同承担。
3）物料释放阶段 大小车及抓斗运行至卸料点上 方。下降钢丝绳及闭合钢丝绳缓慢下降至卸料点位置， 闭合钢丝绳缓慢下降放松，抓斗随之打开，物料释放完毕。
1.1 四绳机械抓斗的工作方式 1）抓料预备阶段 升降钢丝绳向上升提升抓斗，起
升钢丝绳受力；下横梁钢丝绳滑轮组下降，负责开闭抓 斗钢丝绳放松，抓斗打开。大小车运行至物料堆上方， 此时抓斗的质量全部由起升钢丝绳承受。
2）抓料进行阶段 升降钢丝绳下降放松，抓斗打开 下落在物料上方，负责闭合的钢丝绳开始起升，通过滑 轮组带动抓斗闭合以实现抓取物料。起升瞬间，闭合钢 丝绳单独受力 [2]，起升钢丝绳处于松弛状态，随后开始
机械 ,1993(3):16-21. [3] 戴修祥 . 四绳抓斗自动控制系统 [J]. 起重运输机械 ,2006 (1):40-42. [4] 殷杰 , 周晖强 . 四绳抓斗起重机闭斗提升控制系统及
方法 :201410010462.1[P].2014-05-07.
作 者：赵丽媛 电子邮箱：836883123@ 收稿日期：2020-12-03
1 四绳机械抓斗的结构及工作方式
上横梁（含滑轮组）、下横梁（含滑轮组）、拉杆 和抓斗部为四绳机械抓斗的重要组成部分，并与起重机
小车上带有两组卷筒的桥式起重机配合使用 [1]。两组卷 筒分别为控制抓斗起升和控制抓斗开闭。如图 1 所示， 每组卷筒引出 2 根钢丝绳，共 4 根钢丝绳，其中 2 根钢 丝绳与抓斗顶部平衡粱连接，作为升降支持用；另外 2 根穿过抓斗顶部，与上横梁与下横梁的滑轮组连接，起 抓斗开闭作用。
设备技术 EQUIPMENT TECHNOLOGY
一种四绳机械抓斗起重机 钢丝绳预紧的控制方法
赵丽媛 常中龙 李 力 张一然 北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007
摘 要：四绳机械抓斗起重机常用于搬运矿渣、矿石、垃圾等散状类物料。随着环保的加强，其在搬运生活垃圾 领域的应用频率越来越高。本文分析并阐述了四绳机械抓斗起重机生产作业的流程以及其存在的运行效率低的问 题，根据其结构及运行原理，提出了一种在抓料状态时起升钢丝绳呈紧绷状态且不影响机械抓斗开闭的控制方法， 提高了四绳机械抓斗的运行效率。
该方法中涉及的控制核心内容包括两大主要系统： 抓斗状态检测系统、抓斗开闭和升降控制驱动系统。抓 斗状态检测系统主要功能为检测抓斗实时质量信号，并 将相关信号数据发送给控制驱动系统，用以判断抓斗是 否已经落在物料表面。该检测系统是以安装在起重机小 车机构上的质量传感器（见图 2），以及变送器、无线 收发装置为核心器件，将检测到的质量信号经无线收发 装置传输给中央可编程控制器 PLC，通过质量值来判断 抓斗是否处于落料状态。