论文部分内容阅读
摘要：在桥梁架设施工过程中，为了满足预制整孔箱梁的起吊、移运等工况，各种大型搬梁机应运而生。TLMEL1000t轮胎式搬梁机是秦皇岛天业通联重工科技有限公司自主研發生产的大型起重搬运设备，考虑吊运箱梁方式以及运梁工况要求，采用两台天车机协同作业的方式来工作。为了确保预制整孔箱梁在起吊、转运过程中的安全性和稳定性，本文针对此台TLMEL1000t轮胎式搬梁机的天车系统的多种运动单元进行研究，分析其同步控制方法，以供参考。
关键词：轮胎式搬梁机;CAN总线;多运动单元;同步控制
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）04-0000-00
0前言
随着中国经济技术的飞速发展，传统的32m整孔预制箱梁正在被逐渐代替，40m整孔预制箱梁凭借其每延米减重、施工跨度大、减少桥墩使用数量等优势，近年来在整孔预制梁中崭露头角。其布局简洁、成本较低、标准模块化图纸生产等优势逐渐显现，这极大地降低了整条线路的成本，节约了宝贵的土地资源。
随着智能化水平的不断提高，各种设计理论的创新发展，更多的智能化大型起重设备应运而生。信息化时代的到来意味着数据融合、数据共享和信息互联，CAN总线、蓝牙、激光测距等技术的推广应用，使得多车协同、同步控制已经成为行业发展的主流。本工程所使用的TLMEL1000t轮胎式搬梁机就是典型同步控制的实例，如图1所示。
1主要内容介绍
TLMEL1000t轮胎式搬梁机主要用于新建南昌经景德镇至黄山铁路整孔混凝土箱梁从预制场台座内的起吊、场内短距离运输（横向、纵向）以及将混凝土箱梁吊装到运梁车上等工作。
2金属结构
金属结构维系着整体设备的安全稳定，是整台设备的承载结构，设备的最顶部为提梁起升小车，设备最下部结构为行走大车架，驱动形式为液压驱动，因其起重量大、承载能力要求苛刻，所以整机的安全系数需取较大值，以此来保证整体设备在运行时的安全性和稳定性。整体金属结构主要由主梁、侧横梁、支腿和大车车架组成[1]。
3液压系统
TLMEL1000t轮胎式搬梁机由行走闭式回路系统组成。开式回路系统控制转向、顶升、辅助顶升支腿及天车卷扬机的运行、天车纵移横移系统等，采用负载敏感（即压力-流量需求）系统加电液比例控制系统[2]。静液压变量闭式驱动系统控制整机的驱动系统，整机压力整体稳定在可控制范围内。
在行走马达中为防止液压系统内油压过高，可增加液压控制阀和限压阀，以便提高整车的安全性、增加整机控制的稳定性和准确性，其优点众多且安全可靠。
4天车系统同步控制
TLMEL1000t轮胎式搬梁机上有两台天车，采用定点距起吊箱梁。在工作时，用两台天车同时起吊，来完成吊装工作。
4.1天车系统
天车系统的组成较为复杂，简单来说由液压驱动卷扬机、动定滑轮组、驱动行走组件以及吊具组成。为保证安全卷扬机设有多级制动，分别为高速端双制动以及低速端制动。整体安全系数充足，满足安全规范和使用要求。行程限位开关与液压钳盘制动器开关安装在一起，整机系统即可检测到钳盘制动器的开关状态，由此增加了整机的安全性能。
每台搬梁机设有四台液压卷扬机，分别布置在其主梁两侧，通过钢丝绳导向滑轮、均衡滑轮和起重行车的定、动滑轮相连。
4.2同步控制
4.2.1液压同步控制
同一台搬梁机上的两台天车通过两根拉杆机械耦合在一起，当马达减速机通过链条链轮驱动天车纵移时，实现两天车位置的同步性。
每台天车上都配有两个马达减速机，为了实现对两台天车上四个马达减速机的同步控制，我们选用力士乐公司的负载敏感电比例多路阀—M4阀来控制马达AB口油液的换向[3]（如图2所示）。多路阀具有结构紧凑，压力损失小的特点，调节经过阀门的流量大小与方向，三通压力补偿旁通溢流阀放于进口阀块内部，在多路阀停止工作时，则该阀用来补偿主油路流量，此时其余阀组均处于中位。仅一组阀工作时，此时负载压力增大导致液压流量口缩小，整机会依据负载压力的不同流量也会随之变化。当搬梁机在坡路行驶时，为确保天车不会因为倾斜而超速，我们在马达AB口增加一个平衡阀（如图2所示），其主要起到一个锁止的作用。
由于链条在松紧程度上可能会有所差异，因此马达减速机带动链轮转动时的速度会出现偏差，为了实现天车速度的同步，我们在M4阀的LS处加装一个直动式溢流阀（如图2所示），在定量泵节流调速系统中，保持液压系统的压力恒定[4]。压力油从进油口进入阀后，阀芯底面受到油压的作用形成一个向上的液压力F，当进口压力较低时，液压力F小于弹簧力时，阀芯在调紧弹簧的预压力作用下处于最下端，阀处于关闭状态，当液压力大于或者等于调压弹簧力时，阀芯向上运动，阀口开启，进口压力经阀口溢流回油箱，时阀芯处于受力平衡状态[5]。依靠液压系统中压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，控制阀芯的开启与关闭的动作，通过控制流量来控制速度，从而实现同步控制。
4.2.2电气同步控制
电气系统的组成部分是车电系统和微电控制系统。整个微电控制系统主要包括3个节点，即传感器节点、控制器节点和执行器节点。传感器节点负责外部信号的收集，并将外部收集的模拟信号通过CAN网络传送给控制器节点;控制器节点负责整个网络的控制，它将传感器节点传递的实时信号与预先设定好的信号做比较，然后通过优化对比，输出一个合适的信号出传递给执行器节点，执行器节点负责接收来自控制器节点的控制信号，并将通过控制指令发送给执行结构，如液压马达、多路阀等。通过二者的反馈，完成各种执行元件所需要的动作，从而满足两台天车之间工作过程中的各项动作的同步要求，在控制系统中，驾驶室是整车电气控制系统的中枢大脑。 根据工况需求不同，我们也会做出不同的调整。其中之一就是两台提梁机联动情况，这时要两台搬梁机协同作业完成吊运任务，因此还要保证不同搬梁机上天车位置的同步性。我们在搬梁机之间安装激光测距仪，将距离参数信号通过CAN总线传递给控制系统，系统自动识别液压马达输出的参数进行调整，这样在满足吊点的同时，保证两个天车之间的同步使用，确保它们起升的速度一致，确保起吊安全，形成一个闭环控制系统，如图3所示。
5结语
该TLMEL1000t轮胎式搬梁机在使用过程中，其天车系统同步系统在实际运用过程中表现优异，顺利完成了预制混凝土箱梁的吊运工作，很好地适用于多种工况，凭借其良好的性能得到了客户的广泛认可。
参考文献
[1]秦皇岛天业通联重工科技有限公司.TLMEL1000t轮胎式搬梁机使用说明书[S].2020.
[2] 刘培勇，王金祥，黃耀怡.SC1700型混凝土预制梁轮胎式提梁机[J].工程机械，2017（6）：6-11.
[3] 冯扶民，王爱国，杜以军.1000吨轮胎式提梁机液压驱动系统同步性研究[J].液压气动与密封，2019（12）：70-73.
[4] 赵静一，孙炳玉，李鹏飞，等.TLMEL900型提梁机新型液压控制系统研究[J].液压与气动，2009（12）：27-30.
[5] 张宇，王大江.一种工程机械远程监控系统的研究[J].建设机械技术与管理，2013（9）：106-110.
收稿日期：2021-03-15
*基金项目：河北省省级科技计划资助（S&T Program of Hebei）项目（20311901D）。
作者简介：冯旭（1994—），男，天津人，本科，研究方向：特种工程车辆。
Analysis on the Synchronization Control Method of the Crane System of 1000t Beam Lifting Machine
FENG Xu，LIU Peiyong，WANG Jinxiang
（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd.Hebei Province Heavy Equipment Engineering Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei 066000）
Abstract： In the process of bridge erection facilities， in order to meet the lifting and moving conditions of prefabricated box girder， various large-scale beam moving machines have emerged. The TLMEL1000t tire-type beam moving machine is a large-scale lifting and handling equipment independently developed and produced by Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd. Considering the method of lifting box beams and the requirements of beam transportation conditions， it uses two cranes to work in coordination. . In order to ensure the safety and stability during the lifting and transfer of the prefabricated whole-hole box girder， this time， the various motion units of the crane system of this TLMEL1000t tire-type beam moving machine are studied and the method of synchronous control is analyzed.
Key words： tire-type beam moving machine; CAN bus; multi-motion unit; synchronous control
关键词：轮胎式搬梁机;CAN总线;多运动单元;同步控制
中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）04-0000-00
0前言
随着中国经济技术的飞速发展，传统的32m整孔预制箱梁正在被逐渐代替，40m整孔预制箱梁凭借其每延米减重、施工跨度大、减少桥墩使用数量等优势，近年来在整孔预制梁中崭露头角。其布局简洁、成本较低、标准模块化图纸生产等优势逐渐显现，这极大地降低了整条线路的成本，节约了宝贵的土地资源。
随着智能化水平的不断提高，各种设计理论的创新发展，更多的智能化大型起重设备应运而生。信息化时代的到来意味着数据融合、数据共享和信息互联，CAN总线、蓝牙、激光测距等技术的推广应用，使得多车协同、同步控制已经成为行业发展的主流。本工程所使用的TLMEL1000t轮胎式搬梁机就是典型同步控制的实例，如图1所示。
1主要内容介绍
TLMEL1000t轮胎式搬梁机主要用于新建南昌经景德镇至黄山铁路整孔混凝土箱梁从预制场台座内的起吊、场内短距离运输（横向、纵向）以及将混凝土箱梁吊装到运梁车上等工作。
2金属结构
金属结构维系着整体设备的安全稳定，是整台设备的承载结构，设备的最顶部为提梁起升小车，设备最下部结构为行走大车架，驱动形式为液压驱动，因其起重量大、承载能力要求苛刻，所以整机的安全系数需取较大值，以此来保证整体设备在运行时的安全性和稳定性。整体金属结构主要由主梁、侧横梁、支腿和大车车架组成[1]。
3液压系统
TLMEL1000t轮胎式搬梁机由行走闭式回路系统组成。开式回路系统控制转向、顶升、辅助顶升支腿及天车卷扬机的运行、天车纵移横移系统等，采用负载敏感（即压力-流量需求）系统加电液比例控制系统[2]。静液压变量闭式驱动系统控制整机的驱动系统，整机压力整体稳定在可控制范围内。
在行走马达中为防止液压系统内油压过高，可增加液压控制阀和限压阀，以便提高整车的安全性、增加整机控制的稳定性和准确性，其优点众多且安全可靠。
4天车系统同步控制
TLMEL1000t轮胎式搬梁机上有两台天车，采用定点距起吊箱梁。在工作时，用两台天车同时起吊，来完成吊装工作。
4.1天车系统
天车系统的组成较为复杂，简单来说由液压驱动卷扬机、动定滑轮组、驱动行走组件以及吊具组成。为保证安全卷扬机设有多级制动，分别为高速端双制动以及低速端制动。整体安全系数充足，满足安全规范和使用要求。行程限位开关与液压钳盘制动器开关安装在一起，整机系统即可检测到钳盘制动器的开关状态，由此增加了整机的安全性能。
每台搬梁机设有四台液压卷扬机，分别布置在其主梁两侧，通过钢丝绳导向滑轮、均衡滑轮和起重行车的定、动滑轮相连。
4.2同步控制
4.2.1液压同步控制
同一台搬梁机上的两台天车通过两根拉杆机械耦合在一起，当马达减速机通过链条链轮驱动天车纵移时，实现两天车位置的同步性。
每台天车上都配有两个马达减速机，为了实现对两台天车上四个马达减速机的同步控制，我们选用力士乐公司的负载敏感电比例多路阀—M4阀来控制马达AB口油液的换向[3]（如图2所示）。多路阀具有结构紧凑，压力损失小的特点，调节经过阀门的流量大小与方向，三通压力补偿旁通溢流阀放于进口阀块内部，在多路阀停止工作时，则该阀用来补偿主油路流量，此时其余阀组均处于中位。仅一组阀工作时，此时负载压力增大导致液压流量口缩小，整机会依据负载压力的不同流量也会随之变化。当搬梁机在坡路行驶时，为确保天车不会因为倾斜而超速，我们在马达AB口增加一个平衡阀（如图2所示），其主要起到一个锁止的作用。
由于链条在松紧程度上可能会有所差异，因此马达减速机带动链轮转动时的速度会出现偏差，为了实现天车速度的同步，我们在M4阀的LS处加装一个直动式溢流阀（如图2所示），在定量泵节流调速系统中，保持液压系统的压力恒定[4]。压力油从进油口进入阀后，阀芯底面受到油压的作用形成一个向上的液压力F，当进口压力较低时，液压力F小于弹簧力时，阀芯在调紧弹簧的预压力作用下处于最下端，阀处于关闭状态，当液压力大于或者等于调压弹簧力时，阀芯向上运动，阀口开启，进口压力经阀口溢流回油箱，时阀芯处于受力平衡状态[5]。依靠液压系统中压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，控制阀芯的开启与关闭的动作，通过控制流量来控制速度，从而实现同步控制。
4.2.2电气同步控制
电气系统的组成部分是车电系统和微电控制系统。整个微电控制系统主要包括3个节点，即传感器节点、控制器节点和执行器节点。传感器节点负责外部信号的收集，并将外部收集的模拟信号通过CAN网络传送给控制器节点;控制器节点负责整个网络的控制，它将传感器节点传递的实时信号与预先设定好的信号做比较，然后通过优化对比，输出一个合适的信号出传递给执行器节点，执行器节点负责接收来自控制器节点的控制信号，并将通过控制指令发送给执行结构，如液压马达、多路阀等。通过二者的反馈，完成各种执行元件所需要的动作，从而满足两台天车之间工作过程中的各项动作的同步要求，在控制系统中，驾驶室是整车电气控制系统的中枢大脑。 根据工况需求不同，我们也会做出不同的调整。其中之一就是两台提梁机联动情况，这时要两台搬梁机协同作业完成吊运任务，因此还要保证不同搬梁机上天车位置的同步性。我们在搬梁机之间安装激光测距仪，将距离参数信号通过CAN总线传递给控制系统，系统自动识别液压马达输出的参数进行调整，这样在满足吊点的同时，保证两个天车之间的同步使用，确保它们起升的速度一致，确保起吊安全，形成一个闭环控制系统，如图3所示。
5结语
该TLMEL1000t轮胎式搬梁机在使用过程中，其天车系统同步系统在实际运用过程中表现优异，顺利完成了预制混凝土箱梁的吊运工作，很好地适用于多种工况，凭借其良好的性能得到了客户的广泛认可。
参考文献
[1]秦皇岛天业通联重工科技有限公司.TLMEL1000t轮胎式搬梁机使用说明书[S].2020.
[2] 刘培勇，王金祥，黃耀怡.SC1700型混凝土预制梁轮胎式提梁机[J].工程机械，2017（6）：6-11.
[3] 冯扶民，王爱国，杜以军.1000吨轮胎式提梁机液压驱动系统同步性研究[J].液压气动与密封，2019（12）：70-73.
[4] 赵静一，孙炳玉，李鹏飞，等.TLMEL900型提梁机新型液压控制系统研究[J].液压与气动，2009（12）：27-30.
[5] 张宇，王大江.一种工程机械远程监控系统的研究[J].建设机械技术与管理，2013（9）：106-110.
收稿日期：2021-03-15
*基金项目：河北省省级科技计划资助（S&T Program of Hebei）项目（20311901D）。
作者简介：冯旭（1994—），男，天津人，本科，研究方向：特种工程车辆。
Analysis on the Synchronization Control Method of the Crane System of 1000t Beam Lifting Machine
FENG Xu，LIU Peiyong，WANG Jinxiang
（Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd.Hebei Province Heavy Equipment Engineering Technology Research Center，Qinhuangdao Hebei 066000）
Abstract： In the process of bridge erection facilities， in order to meet the lifting and moving conditions of prefabricated box girder， various large-scale beam moving machines have emerged. The TLMEL1000t tire-type beam moving machine is a large-scale lifting and handling equipment independently developed and produced by Qinhuangdao Tianye Tonglian Heavy Industry Technology Co.， Ltd. Considering the method of lifting box beams and the requirements of beam transportation conditions， it uses two cranes to work in coordination. . In order to ensure the safety and stability during the lifting and transfer of the prefabricated whole-hole box girder， this time， the various motion units of the crane system of this TLMEL1000t tire-type beam moving machine are studied and the method of synchronous control is analyzed.
Key words： tire-type beam moving machine; CAN bus; multi-motion unit; synchronous control