摘 要：门座式起重机的起升机构在工作过程中表现出了一些缺陷，为了保障门座式起重机起升机构的合理性、科学性，专门针对起升结构提出改造的要求，目的是确保起升机构能够符合门座式起重机的要求，提高门座式起重机起升机构的稳定性、安全性，规避潜在的起升风险，文章主要以门座式起重机为研究对象，探讨起升机构改造的几点内容。
关键词：门座式起重机；起升机构；改造
中图分类号：TH213.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0146-02
Abstract： The hoisting mechanism of gantry crane shows some defects in the working process. In order to ensure the rationality and scientific nature of the hoisting mechanism of gantry crane， it puts forward the requirements of upgrading the lifting structure. The purpose of this paper is to ensure that the hoisting mechanism can meet the requirements of gantry cranes， to improve the stability and safety of gantry crane hoisting mechanism， and to avoid the potential hoisting risk. This paper discusses some contents of the reconstruction of lifting mechanism.
Keywords： gantry crane； hoisting mechanism； renovation
门座式起重机是港口业务中的重点设备，负责运输港口业务中的集装箱，直接关系到港口业务的效益和效率。门座式起重机实现了港口业务的机械化，取代了传统的人工搬运，门座式起重机工作的过程中最为关键的是起升机构，港口业务发展的过程中对门座式起重机的起升机构提出了改造的要求，主要是因为起升机构存在诸多缺陷，增加了门式起重机在港口业务中的工作压力，所以要改進起升机构，优化起升机构在门座式起重机中的应用。
1 电控系统改造
起重机起升机构的电控系统改造中引入了PLC，也就是可编程逻辑控制器，取代了传统的继电器逻辑控制。PLC具有可靠性、多接口的特征，PLC按照门座式起重机的运行需求驱动起升机构，采用循环扫描的方法执行起升机构的程序，如：读取输入状态、刷新输入缓冲区、扫描用户程序、刷新输出缓冲区、从输出接口输出、循环读取输入状态。
门座式起重机起升机构电控系统改造时PLC经常会与变频调速器结合，自动化的控制起升机构[1]。分析起升机构改造中对PLC技术的应用，起升机构按照PLC的要求改造了起升机构，配置了可用的元器件，同时设计好电路图与控制软件，不仅实现了起升机构的自动化控制，更是提供了监控报警、优化管理的方法，简化了PLC在起升机构中的控制过程。基于PLC的电控系统提高了起升机构的精确性，弥补了电控系统起升控制的不足之处，限制了过载起升的问题，最大化地降低了起升机构的故障发生机率。
起重机起升电控系统中的PLC技术改造后，实现了轻载速度快，重载速度慢的功能，从根本上控制了起升机构的功率参数和运行效率，改造后的PLC具有诸多接口，可以根据通讯协议为起升机构扩充外部设备，同时接入优化的软件，保障起升电控系统的稳定性与可靠性。PLC把起升机构的运行状态接入到操作位置的人机界面中，促使操作人员能够准确的获取起升机构的运行参数，体现PLC在起升机构改造中的实践价值。
2 开发CAD系统
门座式起重机起升机构改造的过程中开发了CAD系统，CAD系统融合了多种学科技术，如计算机图形技术、人机交互技术等、数据交换技术等，主要是按照起升机构的改造需求给出设计方法，提高起升机构的运行效率[2]。CAD系统在门座式起重机起升机构的改造过程中提供了可视化的技术，通过人机界面模拟起升机构的运行过程，直接在模拟的状态下改进并评估起升机构，确保起升机构改造后能够符合门座式起重机的要求。
门座式起重机的起升结构专门用于负责货物的提升和下降，起升机构是起重机的基础结构。起升机构的改造过程中朝向优质、优化的方向发展，提升起升机构在门座式起重机中的工作水平。门座式起重机的起升机构中，核心的组成结构有：驱动装置、制动装置、传动装置、取物装置、卷绕系统，利用CAD系统改造时提供了人机界面，从模拟的条件下改造门座式起重机的起升机构。基于CAD的开发系统选择的是VB.NET程序设计语言，专门在起重机起升机构中设计了计算机辅助系统，编写的程序开发出了人机交互界面，人机交互界面菜单调节时就可以完成起升机构的改造工作。本文以某港口的门座式起重机为例，分析起升机构改造中CAD系统的有效应用。该案例中门座式起重机起升机构改造中，CAD开发系统提供了计算机辅助设计的方法，改造起升机构后验证改造结构是否符合门座式起重机的要求。
2.1 主参数
分析该门座式起重机起升机构的主参数，如：（1）主提升的起重量是260t，副起升的起重量是65t，副副起升的起重量是15t；（2）主起升的起升速度是10.78m/min，副起升的起升速度是11.8m/min，副副起升的起升速度是12.3m/min；（3）主起升的工作级别是M7，副起升的工作级别是M6，副副起升的工作级别是M5；（4）主起升的起升高度是30m，副起升的起升高度是30m，副副起升的起升高度是30m。
2.2 方案设计
CAD开发系统改造门座式起重机的起升机构时可以分为以下几个流程，分别是系统中录入主参数、系统中搜索相似的改造案例、明确起升机构的改造方式、计算出改造后零部件的参数信息、打印出改造设计方案、建立非标零件的3D建模、系统内保存好设计结果。CAD开发系统中起升机构方案设计的内容有：（1）CAD主界面系统中输入起升机构改造设计的参数信息，设计人员把改造要求的相关参数输入到计算机中的CAD系统内；（2）点击相似案例索引菜单，从界面中查找出相关的案例，参考案例中的起升结构改造方法，设计符合本案例的改造方案，确定出起升机构的布置方法和各类零部件的参数；（3）起升机构设计的计算界面中，整个设计的过程中都要解释好设计原理，保障各项文件内容的清晰度，不能出现模糊的设计内容；（4）起升结构传动轴的设计过程中，确定好相关的设计参数，合理计算出传动轴的初选轴径，调取数据库内对应传动轴的应用数据，核实传动轴扭转刚度以及临界转速。
CAD开发系统中通过开发中的SolidWorks、Word生成起升机构改造中的设计文件，同时根据零件构建出3D数字化建模，建模中显示起升机构改造后的设计图，模拟了起升机构改造的过程，供设计人员校对、查验。
2.3 设计明细
案例中CAD开发系统设计出了起升机构改造后各项零件的明细，具体分析如：（1）钢丝绳：主起升结构是36NAT6×19W+IWR1770，副起升结构是30NAT6×19W+IWR1770，副副起升结构是18NAT6×19W+IWR1570，主起升支数是14，副起升支数是8，副副起升支数是6，主起升工作拉力是110.3kN，副起升工作拉力是84.1kN，副副起升工作拉力是25.1kN；（2）电动机：主起升功率是2×375kW，副起升功率是132kW，副副起升功率是35kW，主起升电动机是580r/min，副起升电动机是588r/min，副副起升电动机是715r/min；（3）制动器：主起升制动力矩是4×9000N·m，副起升制动力矩是2×5000N·m，副副起升制动力矩是2×750N·m。
3 变频控制技术
门座式起重机起升机构改造中采用变频控制技术，以便在低频状态下输出可以满足起升操作的输出扭矩，确保起重机可以在满负荷的状态下完成起升操作，变频控制技术在起升机构制动到提升、提升到制动的过程中均可实现稳定性控制，防止起重机过度晃动。
3.1 变频控制
门座式起重机起升机构运行过程中提出了安全性的要求，变频调速技术应用到起升機构的电气系统中积极预防起升事故[3]。变频控制在起升机构中的运行功能：（1）门座式起重机的变频器中输入正转的启动指令后，输出的频率是0，PLC会主动输出电磁制动的释放信号，在自动化的状态下消除电磁制动，变频器接到输出信号后驱动电动机运转，促使电动机的速度快速达到目标速度的数值，起升结构的负载过重时，电动机变频器会匹配较大的起升力矩，避免出现力矩不足的情况；（2）起重机起升制动期间如变频器检测到输出频率低于0.5Hz时，变频器就会输出制动信号促使电机停转，高频率状态下制动时就要通过制动器抱闸的方法逐步减速到停机状态，变频器对起升机构频率的控制有效预防了重物掉落的情况，直接采用低频减速的方法就可以安全停止起升操作；（3）门座式起重机在运输重物过程中起升机构突发故障后，此时PLC结构会暂停变频器的运转，立即向制动器发送紧急制动的指令，在人机界面的触摸屏上会显示起升机构的故障代码，由维修人员迅速处理起升机构的故障，操作人员按下故障复位键促使门座式起重机恢复到正常的运行状态，PLC复位变频器。
3.2 变频保护
起升机构改造中的变频保护，主要是在实现变频控制的过程中落实保护措施。起重机起升机构变频改造后的保护措施，如：（1）上升限位保护，起升机构到达最高的位置后，上升限位的开关有动作状态，起升机构会暂停上升，系统安排起升机构下降并恢复到正常状态；（2）下降限位保护，与上升限位保护相同，起升机构到达最低的位置后，下降限位的开关有动作指令，起升机构暂停下降；（3）超载保护，起升机构不论上升还是下降过程中都可能会出现超载，变频保护中设置了超载保护，变频控制中设置了限位负荷，超过限位负荷起升机构自动停止。
4 结束语
门座式起重机起升机构改造后不仅提高了港口运输业务，更是维护了起升机构的稳定性与可靠性，降低了起升机构的故障发生机率。门座式起重机对起升机构改造有着很高的需求，全面落实有效的改造措施，优化起重机的起升机构，满足港口业务的基本需要，更重要的是体现起升机构改造的实践价值。
参考文献：
[1]李刚.5070门座式起重机变幅机构制动改造方案[J].装备制造技术，2016（03）：176-178.
[2]金建红，曾钦坚，乐矣天.25t门座起重机起升机构改造[J].港口装卸，2015（06）：31-32.
[3]刘世锋.M10-25门座式起重机起升机构的改造[J].建筑机械化，2006（09）：57-58+61.
