随着海上起重机起重吨位越来越高，与其配合吊重的单个独立绞车很多时候已经不能满足起升要求，两个以上的绞车联合起升工作越来越普遍(为说明方便，本文后面的论述均以两个绞车同步作业为例);对于目前使用的海上起重机，克令吊以液压为主，因起升重量相对不大，一般单绞车就能满足起升需求;大型起重机则电驱居多，也出现比较多的多个绞车联动。对于电驱动的起升绞车，同步往往比较好做。以钢丝绳在卷筒上的位置同步，电动机的力矩纠偏来完成;但对于大型液压起重机所用的液压绞车则难度非常大，由于压力损耗等因素，液压马达无法有效的提供自身力矩(或者说不能比较准确地提供力矩值)，若无有效监控，则会导致力的严重不均衡，严重的会导致起重机的钢结构左右受力不均，存在安全隐患;本文针对该现象，主要围绕变幅起升绞车的同步，对如何保护起重机钢结构为原则进行理论和实际分析，以期对设计及调试阶段考虑的全面性有一定的借鉴作用。
1液压起升绞车组成
什么是液压起升绞车?就是通过液压马达，将液压能转换为绞车机械能的能量转换装置，再通过缠绕在绞车上的钢丝绳及其他机械结构，达到吊起重物的目的。其相比于电驱绞车重量轻、占地少、零部件相对简洁，从工作原理上讲与锚机比较类似，只是起升绞车主要以起吊重物为主，不需要离合器等装置，对制动系数及排绳要求较高。目前比较流行的单个起升液压绞车安装组成如下:整个减速箱通过减速箱上的法兰面用螺栓固定，内藏于减速箱筒体内，成为卷筒组件;整个卷筒组件在通过减速箱上的另一组法兰面固定于卷筒墙架上;然后，在减速箱(此种形式的减速箱自带内藏制动器)输入端上安装液压马达(液压马达可以多个)，通过液压动力站，驱动马达从而带动整个绞车工作，详见图1。
2液压起升绞车不同步的危害
以往的液压驱动马达均选择的是低速大扭矩马达，这种马达的好处是低速稳定性好，但由于配减速机构时速比采用高速马达低很多，所以速度控制精度不如采用高速马达。在以往传统的液压起重机中，有过两台变幅起升绞车采用了机械轴连接起来实现机械同步，在需要单台绞车动作时采用离合器脱开。这种方式同步误差很大，并且会产生累积误差，两台绞车的同步误差会越来越大，若用在抛锚作业等工况可能影响不大，但是用在起重机上的力左右偏差会增大，非常的致命。常见的现象是钩头一高一低，单钩受力，若重量传感器工作正常则可以通过软件来停止调整，工作起来就非常别扭;若同步作业在用于起重机变幅起升时，左右力不平衡，若不能及时发现，则会导致结构局部损坏，严重的可能会机毁人亡，所以必须引起重视。
3液压起升绞车同步的措施
为了进一步提高同步精度，对起重机整体结构进行全程保护监测，本文在原有的设计理念上，从马达、钢丝绳缠绕、结构余量及电控等几个层面出发，有效解决同步问题：3.1采用高速马达驱动各绞车，并在马达上配置转速计实时监测和控制马达转速形成闭环速度控制。根据起升负载对于液压马达的影响，利用液压马达的特性方程进行仿真建模[1]，并结合变幅重量传感器检测到的值对马达转矩预估，实现前馈控制反馈给电控。在此基础上，检测两卷筒实际位置差异，调节速度给定量，实现速度位置双轴同步。由于高速马达相对于低速马达其扭矩要小很多，但转速可以比低速大扭矩马达高很多，可以采用较大的速比来实现大扭矩输出。由于速比大了，这样反映到卷筒上的速度控制精度就可以更高;作为初次尝试，在正式运用时，仅作为调试之初重量传感器的标重参考，由于后期液压的压力损耗，左右速度误差会变大，故还不能正式参与以后的正常作业，但可以做在系统中，作为后期维护修正参考。3.2在钢丝绳缠绕末端加重量传感器(见图2)，以检测结构左右的受力是否一致，保护结构安全。由于钢丝绳的倍率比较多，再加上钢结构自身的焊接变形，对于大型起重机来讲，本身可能就存在了左右的力差，所以我们在装配时，要求滑轮必须转动灵活，这样传到根部的力监测才能误差较小。同时，为了结构的安全，我们以变幅结构为例，进行逻辑公式判定。首先，我们通过Ansys模型计算，得出左右结构最大能允许的偏载百分比(比如说10%)，这里的偏载必须完全按照相关规范，把所有的倾角、风力、横纵向加速度等[2]都考虑在内，确保力是最大的，才能确保安全。下面我们给出这个判定的逻辑公式，以示明确。条件给定假设：(1)变幅1受力：L1，变幅2受力：L2;(2)变幅绞车单绳静载最大力为80T(通过计算获得，须包含缠绕效率);(3)变幅重量传感器选定的是Rang=90t的量程;(4)结构左右允许的最大偏载百分比：10%。结合以上条件，逻辑判定如下：(1)选定的左右百分比报警为8%(8%<10%，给出安全余量)，10%为停止。(2)我们可以有3种判定逻辑：①ABS(L1-L2)/Max(L1，L2);②ABS(L1-L2)/Min(L1，L2);③ABS(L1-L2)/Rang。出于保守考虑，可按ABS(L1-L2)/Min(L1，L2)。(3)变幅力大于40T开始判定。由于重量传感器量程范围广，当单绳力比较小时，对其自身的感应片触点不是很能有效的反馈，导致读数误差大，误报警发生频率高，所以我们再加个变幅力大于40T开始判定，提高精度。(4)变幅安全力80T是强制指标，超过这个必须要报警，以保护结构。通过以上的逻辑判定，输入到起重机吊重程序中，可全寿命监控绞车的同步作业，及时调整作业，即使有故障，也可确保钢结构的安全。通过加在卷筒末端的编码器来控制圈数，以期达到钢丝绳在卷筒上的绳长左右相当。但由于卷筒左右制作误差、钢丝绳左右存在差异及左右安装等因素，导致实际通过编码器所数的圈数和实际反映不符(这个在很多项目中都有此现象)。这时，就需要电气控制来纠偏，以免出现一边钢丝绳在卷筒的第一层，另一边钢丝绳则在卷筒第二层，导致速度不一致，这个就是位置同步，再配合上面的力的判定，确保整套系统的安全平稳运行。
4液压起升绞车同步电气控制硬件架构
通过以上论述，我们对机械及原理上已经完成构架，在实践中，需要对电气控制硬件架构(见图3)也需要有个基本的认识，以便在有故障时工作人员快速找到问题所在。本文电气控制系统以西门子PLC为上位机为例，用于采集外部各种传感器、限位信号、司机手柄给定信号等，通过逻辑运算判断输出控制各液压电磁阀[3]。选用易福门液压控制器作为下位控制器，用于采集液压马达转速信号，接受PLC转速指令，输出200~600mA电流信号控制液压比例阀线圈调节液压马达转速。PLC与液压控制器采用CAN总线通讯。配置绝对位置编码器安装于变幅钢丝绳卷筒上，用以采集卷筒转动圈数位置信息，配置马达转速计用以采集马达转速信号。当然，在处于调试时，变幅传感器显示的力矩值与马达转换的转矩需要多次比对，给予标定。在此基础上，检测两卷筒实际位置差异，调节速度给定量，实现速度位置双轴同步。综上所述，为了保护液压起重机的使用安全，避免因多台绞车不同步而导致结构或机构的损坏事故，同步纠偏在机械和电气控制上均要特别注意，除了调试后期进行纠偏外，在设计之初，也需要考虑对钢结构强度放一定余量(考虑一定百分比的左右偏载)以供给系统误差。同时，对于图纸上的安装制作公差需要规定明确，以便调试时数据的给定。
参考文献
[1]宋志安，曹连民，黄靖，周荃著.MATLAB/simulink与液压控制系统仿真(第2版)[M].北京：国防工业出版社，2012.
[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局&中国国家标准化管理会[S].GB/T3811-2008起重机设计规范.
[3]廖常初.PLC编程及应用(第四版)[M].北京：机械工业出版社，2018.
作者：濮俊萍
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