测船悬索吊臂自动收放机的研制

徐兴东 王蒙恩 徐长征 杨道法 俞磊

【摘要】黄河下游水文测验手段主要依靠机动测船，需要把旋浆式流速仪安装在200公斤的重型铅鱼支架上面，孙口水文站现有大型机动测船两艘、中小型机动船舶两艘，日常测验或者洪水测验中需要两个青壮年通过旋转加力轮实现悬索吊臂左右收放。针对黄河下游悬索吊臂测验设备落后的局面，对悬索吊臂控制部分进行了技术革新与改造，并研制出一套使测船悬索吊臂通过永磁电动机减速机来实现左右收放的设备。

【关键词】测验船舶；悬索吊臂；旋转加力轮；永磁电动机减速机

1、问题的提出

孙口水文站隶属于黄委会山东水文水资源局，位于山东省梁山县赵固堆乡蔡楼村，该站系全国大江大河重要水文站，是黄河水量调度最重要的依据站，属国家重点报汛站，东平湖分滞洪决策控制站，常年向国家防总、黄河防总拍报水情。孙口水文站现拥有大型测验船舶两艘，中小型测验船舶两艘，在日常测验或是在洪水期间，孙口水文站进行测船测验时，悬吊重型铅鱼的悬索吊臂的收放要用人力来旋转加力轮来实现悬索吊臂的左右收放，由于铅鱼重量达200公斤，再加上吊臂运转轴的摩擦力，要两个男性劳动力才能将吊臂收回或者放出，关键的时候既耽误工时又浪费工力。针对这种现状，笔者对测验船舶悬索吊臂进行技术改造，使测船悬索吊臂通过永磁电动机减速机来达到自动收放的目的。

2、改造内容

（1）采用直流24V永磁电动机减速机来取代人力转动。

（2）减速机驱动轴与人力输入轴连接，为了防止电动机发生故障，设计成插接式装配，拆装方便。

（3）电动机正反转利用某某控制器来控制，电动机的转速可调。

（4）悬索吊臂设置两个限位装置。

（5）电源采用测船现有的铅酸电池。

（6）利用测船现有的备用线路，连接到驾驶台。

（7）如果驾驶台没有24V动力电源，就从机舱引到驾驶台，然后与电动机连接。

3、创新要求

设备安装好，要求电动机的功率能够满足旋转悬索吊臂的正常运转，减速后的转速为每分钟13转。实现电动控制，速度可调，在吊臂的两侧安装限位装置，防止吊臂越位或者因为吊臂卡死而损坏电动机过减速机，最终目的是减轻劳动强度，实现自动转出和收回的自动化控制。

4、工作原理

利用直流电动机的的源动力经过蜗轮蜗杆减速机进行减速，减速的目的是为了加大输出轴的扭力，利用减速机的输出轴输出的扭力来旋转悬索吊臂的蜗轮蜗杆轴，以此替代人力，电动机的转速通过调速旋钮进行调速，在驾驶台船长就可以根据工作需要来操作悬索吊臂，轻松实现电控操作悬索吊臂的的左右摆动。

5、技术参数

5.1电动机的型号及参数

额定功率：100W 空载转速：1r/min=转每分钟

额定电压：DC24V 输出扭矩：扭矩：600KG.CM

额定电流：6.5A 减速箱减速比：减速比1：100

空载转速：17 r/min 负载转速：13r/min

重量：9.8kg

5.2控制器的参数与型号驱动器选用：DC 48RT50BL-XW ，它是一款智能型大功率直流马达驱动器。该驱动器使用高性能MCU，采用高级运动控制算法，应用于特殊功能要求的场合，可外部模拟量、脉宽控制和电位器调速，可设置软启和软停，可设置最大电流和马达扭矩，马达正向和反向可独立选择，马达正向、反向最大电流可独立设置，正向限位和反向限位可独立控制，驱动器设有故障报警输出端，可以更有效的保护整套设备的安全及可靠，可以很好的应用到吊箱铅鱼的升降上。

规格及型号：

型号：DC 48RT50BL-XW 最大输出电流：100A

最大输出电压：55V 直流电压输入范围：10～55V

控制器的特性：

（1）体积小，宽电压输入

（2）多种控制方式：电位器、模拟量控制、脉宽控制

（3）独立的正向&反向控制

（4）独立的正向限位&反向限位

（5）刹车制动控制功能

（6）最大电流限制

（7）过电流、过热，过压、欠压，短路等异常情况启动保护功能

（8）LED 故障报警状态指示，故障报警输出

性能指标：

（1）电源电压：10—55VDC

（2）待机电流：15mA

（3）持续工作电流：40A 瞬间电流高：100A-5S

（4）工作频率：2KHZ

（5）Out+5VDC 电源（可给电位器供电）： 5V DC 20mA

（6）模拟量输入范围：0-- 5VDC

（7）软启动时间：0-5S

（8）软停止时间：0-5S

（9）脉冲输入频率：250Hz

（10）占空比输入范围20%-- 100%

（11）数字量输出接口：最大负载能力为50v 1A

（12）温度保护状态：80℃停止输出

（13）工作环境温度：-40℃-- +60℃

（14）环境湿度：相对湿度≤80RH

（15）外形尺寸： L * W * H = 127mm * 85mm * 49mm

（16）重量：300g

铅鱼的上升-下降开关选用手柄式单刀双掷开关（中间为空档），应选择大于6安培的开关。操作手柄开关为自锁型。旋转电位器进行铅鱼升降的調速，具有断电刹车功能，可以正向限位和反向限位，限位元件选用漫反射型光电开关。

型号为：E3F1-DS5C4直流三线NPN常开，直径M12mm，动作距离为40mm。

5.3减速机的减速比与型号

减速比为1：100

减速机的型号GW114165

6、结论

测船悬索吊臂自动收放机研制成功后，该设备现安装在孙口水文站黄测112测船上。经过长时间的应用，该设备不但提高了水文测验设施科技含量，并且节省了人力物力，具有性能稳定、省时省力、操作方便、经久耐用等特点，同时它的应用结束了通过人工旋转加力轮实现悬索吊臂左右收放的历史，在黄河干流水文测船测验中具有很好的应用价值和推广价值。

参考文献：

[1]欧阳再平，李炎松，向家华.水文勘测船工.黄河水利出版社.

[2]朱晓原，张留柱，姚永熙.水文测验实用手册[M].北京：中国水利水电出版社，2013：216-218.

作者简介：徐兴东（1989—），男，助理工程师。