一种环链电动葫芦同步控制方法的研究与实现

王炎龙 王姣龙 李剑飞

摘 要：本文对起重行业中常用的电动葫芦进行了介绍，分析了电动葫芦中常用的手电门控制和通过变频器控制方法的优点和缺点，针对实际舰船应用中舱室作业空间小、起吊高度低、被起吊物尺寸长重心不规则的特点，采用了一种对两台环链电动葫芦手电门进行改造的方式，实现了通过手操盒对两台电动葫芦进行双吊点同步起吊控制的目的。通过改造应用达到了理想的使用效果，节约了采购成本，为电动葫芦在小空间内作业的同步起吊控制应用提供了一定的参考。

关键词：手电门；变频器；手操盒；电动葫芦；同步控制

Research and Implementation

of a Synchronous Control Method for a Chain Electric Hoist

Wang Yanlong Wang Jiaolong Li Jianfei

The 713 Research Institute of CSSC HenanZhengzhou 450015

Abstract：This paper introduces the electric hoist commonly used in the lifting industry，and analyzes the advantages and disadvantages of the control methods of flashlight gate and inverter in electric hoist，aiming at the characteristics of small cabin working space，low lifting height，long size and irregular center of gravity of the objects to be lifted in practical ship applications，a method of reforming two electric chain hoist flashlight doors is adopted，the purpose of simultaneous lifting control of two electric hoists by hand operating box is realized，the ideal use effect is achieved by reforming the application，the purchase cost is saved，it provides some reference for the simultaneous lifting control application of electric hoist in small space operation.

Keywords：flashlight door；transducer；hand box；electric hoist；synchronous control

電动葫芦具有结构轻巧紧凑、操作维修简易方便等特点，常常作为各类起重机起升机构和小车运行机构使用，是建筑、公路、冶金和矿山等基础建设工程不可缺少的一种机械设备。常规电动葫芦多为单吊钩起吊重物，但随着发展需求在某些特定的工作场合需要双吊钩吊物，并要求吊钩同步起升、下降，特别是随着国内工业如汽车生产线的发展，其所需的专用设备双钩同步电动葫芦也产生了很多方案和品种［1］。目前常用的双吊钩电动葫芦有三类：一是采用一个主机在输出轴上安装两套缠绕装置实现；二是采用两台葫芦，将两台电动葫芦减速器端相对安装，减速器上加装一套传动齿轮及输出轴，用联轴器和中间轴将两台葫芦主轴传动连在一起；三是采用一根钢丝绳变固定绳方式为平衡滑轮结构，用撑杆把两台电动葫芦进行刚性铰接［2］。这种通过改变机械结构或者钢丝绳缠绕方式的双钩葫芦会造成葫芦电机功率不足和减速器负载增加，降低葫芦使用寿命。

与钢丝绳电动葫芦相比，环链葫芦在起升高度、运行距离、定位等方面均有优势，同时易于改装、使用寿命长、潜在风险小［34］。实际使用中舰船舱室内空间狭小，舱室高度较低，被起吊物的尺寸有时较长，形状以及重心也不规则，以往的电动葫芦起吊方式无法满足使用需求，急需一种成本低、易实现的起吊方式。本文将电动葫芦的手电门改造为手操盒，通过手操盒上的按钮和旋钮控制控制箱内的继电器和接触器，实现了对两台环链电动葫芦的同步起吊控制，完成了对舱室内物体的起吊，并可对其中任意一台电动葫芦进行单独控制以进行多次起吊后产生同步误差的调平。

1 电动葫芦的手电门控制

环链电动葫芦由锥形转子电动机、传动机构、链轮和电气控制系统组成，其中电气控制系统由手电门和电动葫芦上控制箱内的继电器、交流接触器等组成。电动葫芦的锥形转子电动机通常为双速双绕组的鼠笼型电动机，电机高速用于起吊运行，低速用于起吊时的定位、对钩等。手电门上装有一个紧急停止按钮和两个双挡操作按钮，双挡操作按钮可以同时控制电机的两个不同转速。

手电门控制电动葫芦的控制器线路图如图1所示，急停开关SB1拔起后接触器KM1得电，电动葫芦动力电上电，SB2和SB3为双挡按钮，通过操作按钮控制电动葫芦以低速或高速进行上升或者下降运行，手电门通过移动电缆和牵引绳悬挂在葫芦下方随葫芦水平方向一起运行。

手电门适用于固定式和手动运行式葫芦的控制，其特点是小巧、美观、操作方便［5］。但手电门只能控制单台电动葫芦的运行，对于尺寸较长和重心不规则的起吊物依靠单台电动葫芦的单点起吊方式则不能很好地完成起吊任务。

2 电动葫芦的变频器控制

变频调速技术具有节能、调速范围宽、调速精度高、智能化程度高、便于实现复杂控制等诸多优点。该技术在各种调速场合都得到广泛应用，特别是在起重及提升行业上应用越来越广泛［6］。随着变频技术的成熟及相关控制技术的发展，将变频控制技术用于电动葫芦在国外已相当普遍［7］。

一台变频器可以同时驱动多台并联的电机同时工作，起重变频的控制方式通常有4种：U/f闭环控制、U/f开环控制、闭环矢量控制和开环矢量控制，安装方式有2种，即端梁安装方式和随车安装方式［8］，采用变频器可以同时控制多台电动葫芦的运行，能够实现对两台电动葫芦同步控制的目的，同时采用变频器控制能够实现无级调速，可根据实际使用需求设定工作速度，电机的启动、制动平缓，减小了对起重机械系统的冲击，启动电流小、节能，缺点就是电动葫芦可供安装变频器的空间较小，需要额外采用电气控制箱柜，还需解决变频器及制动电阻的安装和散热问题、安全防护问题，另外电动葫芦使用的电机绝大部分为锥形转子电机，不是变频电机，这类电机适合于连续的正弦波电源电压，而变频器输出电压为断续的非正弦波形的脉冲电压，高次谐波损耗大，效率低，因此需要采用专用的变频器。采用变频器的控制方式虽然能够满足使用需求，但会带来安装空间的问题和采购成本的增加。

3 电动葫芦的改造手操盒同步控制

针对环链电动葫芦的手电门控制和变频器控制的缺点，在不改变两台独立电动葫芦机械结构的情况下可利用改造手电门电路的方式控制两台环链电动葫芦，用以实现双吊点同步起吊工作，即用一个手操盒控制两台葫芦同步完成上升或下降动作。对两台电动葫芦的控制进行改造，手操盒以及部分电路图见图2—图4。

手操盒上设置有急停按钮、速度选择按钮、同步上升、同步下降按钮、1号葫芦上升、1号葫芦下降按钮、2号葫芦上升、2号葫芦下降按钮。（1）急停功能：急停按钮拔起后继电器K1和K2得电，继电器常开触点闭合触发控制电路中接触器KM1和KM2线圈得电，此时电动葫芦1和电动葫芦2动力电上电；（2）速度选择功能：操作高低速选择开关SA进行速度选择，默认状态下为低速，选择高速挡时继电器K3得电，继电器常开触点闭合触发接触器KM7和KM8线圈得电，此时切换到电动葫芦高速挡；（3）同步上升功能：当按下同步上升按钮时继电器K4得电，继电器常开触点闭合触发接触器KM3和KM4线圈得电，此时电动葫芦1和电动葫芦2同时上升运行；（4）同步下降功能：当按下同步下降按钮时继电器K5得电，继电器常开触点闭合触发接触器KM5和KM6线圈得电，此时电动葫芦1和电动葫芦2同时下降运行；（5）独立控制功能：手操盒可对每一台电动葫芦进行单独控制，按下1号葫芦上升时继电器K6得电，继电器常开触点闭合、常闭触点断开，此时只有接触器KM3线圈得电，电动葫芦1上升运行，按下1号葫芦下降时继电器K7得电，继电器常开触点闭合、常闭触点断开，此时只有接触器KM5线圈得电，电动葫芦1下降运行。同样可控制2号电动葫芦单独上升或下降。

4 改造应用

对两台环链电动葫芦进行改造，去掉两台电动葫芦自带的手电门，采用手操盒进行同步控制，改造后的环链电动葫芦运行平稳正常，能够实现对两台电动葫芦的同步高速、低速运行控制，并可对其中任意一个电动葫芦进行单独的控制，满足实际使用需求，两台电动葫芦多次运行后产生的升高误差可随时直接操控其中一台葫芦进行调整，不需要靠葫芦末端限位进行调平。

在图3双葫芦同步起吊控制部分线路图中1号葫芦和2号葫芦需要同时动作，因此变压器部分的接线TC1和TC2需要保持一致，否则可能导致上电时电动葫芦发生误动作。另外在使用中由于起吊对象的尺寸、重量会有所不同，而双吊点起吊电动葫芦的吊点的间隔距离是一定的，可能会发生起吊偏载的情况，此时可通过调整其中一台电动葫芦的起升高度来保证起吊对象在起吊过程中的平稳性，同时为了避免电动葫芦长时间低速运行触发电动葫芦过热保护，在使用中需要注意电动葫芦空载接近吊运对象、吊运对象从地面起吊脱离地面、放置起吊对象接近目标地、起吊对象运行到接近上下极限位置时应采用低速运行，中间起吊过程中应采用高速运行。

结语

环链电动葫芦的使用为特种起重作业，在进行改造设计时还应考虑相应的电气保护功能，比如，（1）失压保护：必须；（2）相序保护（缺相保护）：选项；（3）过流保护：选项；（4）电机过热保护：选项；（5）短路保护：选项；（6）限位保护（单向、双向）：必须；（7）限载保护（安全离合器机械限载、电流式限载）：必须；（8）互为反向动作之间机械或电气互锁保护：必须；（9）操作手柄上按钮安全电压保护：必须；（10）制动器未打开保护：选项；（11）电动葫芦运行自监控系统：选项。［9］

针对舰船舱室内起吊作业的使用特点实现了一种通过改手电门为手操盒控制的方式，完成了两台电动葫芦的同步工作，该方式实现简单，多次运行后产生的同步误差可调整，改造成本和采购成本较低，改造后的电动葫芦工作稳定可靠，值得推广应用。

参考文献：

［1］于晓东，吴英年.国内双钩同步起吊电动葫芦发展综述［J］.起重运输机械，2012（1）：15.

［2］魏兆文.电控双吊点钢丝绳电动葫芦起重机［J］.起重运输机械，1997，000（007）：1618.

［3］朱立宝.环链葫芦与钢丝绳电动葫芦的比较［J］.山东工业技术，2015，000（017）：252.

［4］朱长安，李瑞雨.环链电动葫芦与钢丝绳电动葫芦之比较［J］.起重运输机械，2013，000（008）：9395.

［5］王振华，罗延.德马格PK型环链电动葫芦的技术分析［J］.起重运输机械，1998（08）：1821.

［6］刘玉斌，曹中权.变频器在CD1型电动葫芦上的调速控制应用［J］.防爆电机，2011，046（003）：3940.

［7］蒋峙江.变频电动葫芦的技术开发［J］.起重运输机械，2002（1）：2829.

［8］于晓燕，于晓东.电动葫芦应用变频技术的新探索［J］.起重运输机械，2014（3）：101103.

［9］赵定元，王小平.国内环链电动葫芦需要改进的几个技术问题［J］.起重运输机械，2014（12）：5357.

作者简介：王炎龙（1989— ），男，汉族，河南驻马店人，硕士研究生，工程師，主要从事弹药贮运系统的研究工作。