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1、武汉天兴洲长江大桥JQJ700架桥机电气系统 [摘要]本文主要进行武汉天兴洲长江大桥JQJ700架桥机电气系统的研究,在研究的基础上分别用变频调速、PLC——工控机网络组建、PC机集中监控系统、重位能负载条件下放和二次起升的安全操作、桁梁三点起吊过程保持“超静”状态的控制等来开发JQJ700架桥机电气系统。 [关键词]变频调速涡流制动系统超静PLC—工控机网络 一、工程简介 武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为(98m+196m+504m+196m+98m)世界首座双塔三桁三索面公铁两用斜拉桥,国家重点工程.。主桥钢桁梁总长1092
2、米,通行活载2万吨,主跨504米,共分为78个节段,其中26个散拼段、52个整拼段。斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁,三片主桁,桁高15.2m,桁宽2×15m,节间长度14m,节段最大重量为650t。这种钢桁梁节段重量大,结构复杂。过去国内采用散拼方式,工期长,劳动强度大,成本高。为确保全桥钢梁架设安全、质量与工期,中铁大桥局自主创新,优化设计,打破传统散拼钢梁架设工艺模式,首创特大型钢桁梁“整桁段钢梁架设”新工艺。该工艺将钢桁梁在工厂整体制造、拼装、焊接,经船运至桥址整体吊装,使现场作业工厂化、高空作业平地化、水上作业陆地化、零散作业整体化,减
3、少了钢梁架设高空拼装作业的安全风险,确保了钢梁栓焊不受气候条件制约,使架设进度由常规半个月一个节间缩短到8至10天。为实现这一新工艺,JQJ700架桥机的设计迫在眉睫。它的研制成功为,“整桁段钢梁架设”新工艺目标的实现提供有力保证。而JQJ700架桥机电气系统的研发也成为整个架桥机系统的核心部分。本文就该桥使用的7JQJ700架桥机的电气系统做一介绍。 二、电气总体方案设计 1.总体方案的确定 总体方案主要由一下几个方面确定。 (1)架桥机机架结构主要由三片菱形构架和平联系组成。菱形构架长35m,高13.5m。设备驱动电机及各传感装
4、置分散。采用何种控制模式提高JQJ700架桥机电气系统可靠性及设计简单化 (2)桁梁整体节段最大重量700t,大吨位钢梁的安全起吊及下放控制。 (3)根据三片主桁对受力不均匀敏感性的分析结果,三个吊点最大起吊能力分别设定为:中桁吊点300t;边桁吊点250t。在起吊过程中桁梁载荷的动态调整控制。 (4)由于桥高68m,卷扬机采用LIBAS卷筒以适应大高度起吊。电气系统需要对卷筒同步性经行精密控制。 (5)为满足整节段放任精确拼装,采用微动性能好的变频调速电驱动方式和液压驱动方式相结合,吊具可对整体节段实施全方位的调整。 (6)为满
5、足整机前移的要求,架桥机底盘纵走机构的控制。 2.主要设计难点 第一,JQJ700架桥机电气系统可靠性及简单化设计。第二,重位能负载条件下放和二次起升的安全操作既系统采用变频器对位能性质负载条件下的异步电机进行调速控制。第三,实现三组独立的起重卷扬机在长行程起吊过程保持高度同步。第四,PLC——工控机网络组建。控制系统设计中对这四个难点的解决方法,在工程机械自动控制的新技术应用方面具有创新特点和实用意义。 3.电气系统主要部件 JQJ700架桥机电气系统主要由动力配电、主起升电力拖动、计算机集中控制管理系统、吊具调整控制、吊点纵横移
6、控制、机架步履走行控制、照明及辅助设施、安全报警装置等组成。 (1)主起升电气系统 主起升设备为三组双卷扬机,由六台45k(I)。显然,其动态制动特性足以抑制重载下放时因重力加速度作用引起的速度不断增大,下放速度将被稳定在一个动态调整点上。在下放过程,变频调速—涡流制动系统通过对起重载荷、电机转速等相关数据的采样值,和变频器的运行状态参数比较,适时对涡流制动器的工作电流进行调整。根据这些运行数据,控制系统向调整元件输出相应的控制指令,对涡流制动器的工作电流进行调整。变频调速—涡流制动系统的控制电路主要由单片机、PLC单元组成。控制过程则
7、主要基于软件编程实现。 2.二次起升的安全操作 二次起升是指起重机将起重物起离地面,悬停后,进行二次升降操作的特殊工况,二次起升操作的关键是解决重力与起升力平衡,传统起重设备由于控制技术落后,在二次起升操作过程中,起升力矩建立较缓慢,起重物在重力的作用下出现加速下滑,易造成设备失控,并对整体结构造成冲击,是起重事故的主要原因之一。JQJ700架桥机是三主桁梁结构架桥机,700吨起重量均布于三主桁梁,如不解决二次起升过程中的冲击,极易在二次起升过程中对机架结构进行毁灭性损坏。理想的二次起升配合关系是:起动时,变频器输出一个很低的频率,此时
8、机械制动闸瓦不能松开,直到磁场建立起来,输出频率所产生的电磁转矩正好等于负载转矩,再松开机械制动闸瓦,此时,电动机将处于零速度状态,通过频率逐步升高,电动机开始启动,这个理想配合
