1 引言

隨著我國造船業的發展，造船門式起重機(以下簡稱龍門吊)的起重量和跨距的記錄也在不斷地刷新。作為造船的重要配套設備，其安全性顯得格外重要，特別是大車行走時，剛腿和柔腿的同步，更是重中之重。

龍門吊的大車在行走期間，剛腿和柔腿之間的位置偏差在一定范圍內是允許的，一般不超過大車跨距的3‰，如果超出這個范圍，就會產生以下危害：

(1) 大梁扭曲變形，對主梁的結構造成永久性損傷。

(2) 如果主梁變形的幅度超出其恢復能力，其起重量也將受到一定影響。

(3) 一般龍門吊的主梁與柔性腿的頂部采用柔性鉸連接，而不是剛性的結合，如果剛腿和柔腿發生大的偏差，則會造成主梁相對于柔腿扭曲，有可能引發柔性鉸座斷裂，進而造成主梁摔落或整機傾翻的嚴重事故。

2 大車偏差產生的原因分析

龍門吊的剛腿和柔腿在行走過程中產生不同步，一般是由以下6個方面原因造成。

(1) 大車行走的機械傳動裝置存在著制造上的個體差異，每套傳動裝置都不可能完全一樣，比如車輪的直徑、減速箱的速比等。

(2) 驅動龍門吊剛腿和柔腿行走的電機，分別由2個相互獨立的驅動器驅動，它們都是閉環控制，原則上是司機的指令給定多少速度，驅動器就輸出相應的電壓、電流和頻率。但實際上，閉環控制不斷地根據給定和反饋回來的轉速，對驅動器的輸出做出修正。這2個獨立的驅動器，因為得到的反饋不一樣，給出的修正也不同，這就造成了剛腿和柔腿的電機轉速不完全一樣。反應在輪子上，就是剛腿和柔腿的行走速度存在著細微的差異。

(3) 龍門吊的自身結構不具備糾偏能力，主梁與剛腿間的連接是硬性連接，但是它與柔腿之間的連接卻是柔性連接的，當剛腿和柔腿發生偏差時，主梁無法將柔腿“拉回來”。

(4) 大車制動力矩和抱閘時間存在差異，導致剛腿和柔腿輪子停下來所需的制動時間不同。

(5) 龍門吊的重心移動，比如主梁上下小車位置的變化，以及所吊構件的重量大小及其位置，都會使整機的重心發生偏移，從而影響大車行走時的慣性。

(6) 受軌道影響，由于大車軌道在沉降或垂直度上不可能保證完全一致，或者軌道上存在異物或間隙，對于精確到厘米級的編碼器監測裝置來說，都會積累誤差，形成軟件控制上的偏差。

3 龍門吊大車的糾偏方法

3.1 糾偏的原則

行業內通用的做法是，以主梁的跨度為依據，比如主梁的跨度為100 m，剛腿和柔腿的偏差在1‰(即0.1 m)以內時，不進行糾偏；當剛腿和柔腿的偏差在1‰～2‰(即0.1～0.2 m)時，系統自動糾偏；當剛腿和柔腿的偏差在2‰～3‰(即0.2～0.3 m)時，大車速度減半(司機給定速度除以2)，系統開始快速自動糾偏；當剛腿和柔腿偏差達到3‰(即0.3 m)時，大車自動停車；當剛腿和柔腿偏差超過3‰達到4‰(即0.4 m)時，大車急停，司機室內不能操作大車行走，只能在大車本地操作站操作，進行手動糾偏。

3.2 糾偏的思路

(1) 糾偏一般以剛腿作為參照物，如果柔腿超前，則降低柔腿的速度，如果柔腿滯后，則提高柔腿的速度。

(2) 獲取剛腿和柔腿間的偏差值，做出正確的判斷。

(3)由于剛腿和柔腿分別由2套獨立的驅動器驅動，因此，可以通過改變柔腿電機轉速的方法，改變柔腿行走的速度，以起到糾正大車偏斜的目的。通常情況下，大車電機的全速都是取額定轉速的95%，相差的5%則用來給柔腿糾偏使用，例如柔腿滯后時，柔腿驅動器將柔腿電機的轉速從95%提高到100%。

3.3 糾偏的幾種方法

糾偏的前提是掌握剛腿和柔腿的行走偏差，因此通常說的糾偏方法，就是獲取“行走偏差”的方式。

3.3.1 采用增量型編碼器和高速計數模塊

通過電動機自帶的增量型編碼器、驅動器實時獲取電機的轉速，對電機進行閉環控制。同時PLC通過高速計數模塊，統計電機旋轉過程中，產生的脈沖數量，根據電機輸出軸到大車輪子的傳動速比，計算出大車的行走距離。為了保證大車行走距離的數據準確，在大車的剛腿側和柔腿側的軌道上，每隔一定距離，預埋“歸零”或“校驗”的磁鐵。這種方法的優點是投資少；缺點是斷電后數據會丟失，需重新置位。另外，由于是間接的獲取行走距離，受機械結構和傳動的影響較大。

3.3.2 采用絕對值編碼器

在大車的從動輪上安裝絕對值編碼器(見圖1)，通過計算輪子轉動的圈數，來獲取大車的行走距離。考慮到輪子打滑、軌道誤差、編碼器累積誤差等因素的存在，也會通過在大車的軌道兩側，預埋“歸零”或“校驗”的磁鐵，來進行位置的校準。這種方法的優點是投資少，且斷電后編碼器數據不會丟失；缺點是有時會受到輪子打滑和編碼器傳動機構方面的影響。

3.3.3 采用磁尺

分別在剛腿側和柔腿側的軌道旁預埋磁尺。這種方法可以準確地獲取剛腿和柔腿的位置，但缺點是投入較高，且由于龍門吊的大車軌道上經常有叉車、平板車等交通工具通過，很容易將磁尺壓壞。

3.3.4 采用位移傳感器

大多數龍門吊的主梁和柔性腿之間，采用柔性鉸連接，因此主梁相對于柔性腿是可以活動的，當柔腿相對于剛腿超前時，柔性鉸就會產生一定的旋轉。通過位移傳感器獲取旋轉的變化量，找出它與柔腿大車行走超前和滯后之間的關系，即可用它來反應剛腿和柔腿間的偏差。當柔腿大車超前時的偏差量在1‰時，位移傳感器上測得的偏移量是10 mm(見圖2)，當柔腿大車超前時的偏移量在2‰時，位移傳感器上測得的偏移量是20 mm；當柔腿大車超前時的偏移量在3‰時，傳感器上測得的偏移量是30 mm，反之亦然。這些數值即可反應兩腿的偏差量。由此，可以將傳感器測得的數據(反應大車偏差-3‰～3‰)，用于設定大車糾偏的門檻值。這種方法的優點是，受大車行走機構的影響較小，可直接反應偏差狀況；缺點是會受到風載的影響，使測量值存在誤差，需另安裝罩殼保護，且傳動關節較多，易產生磨損和誤差。