本文所載“350米載人載物深豎井起重機(jī)技術(shù)”就是其中一項(xiàng)深豎井起重機(jī)技術(shù)，其除具有起重高度350米，載人起重量3噸，載物起重量10噸外；經(jīng)專業(yè)開發(fā)和設(shè)計(jì)具有電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)兩級(jí)保護(hù)，還具有電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁制動(dòng)器、液壓推桿支持制動(dòng)器和安全液壓盤式制動(dòng)器三重安全防護(hù)，具有高度的專業(yè)化和自動(dòng)化，其安全性和可靠性完全能夠滿足350米豎井中作業(yè)人員和貨物的垂直運(yùn)輸任務(wù)。
       一、技術(shù)背景
       在該技術(shù)研發(fā)中可借鑒的經(jīng)驗(yàn)僅為錦屏二級(jí)水電站引水隧洞豎井施工中曾用過(guò)起重高度310米起重機(jī)，該系統(tǒng)由卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩、吊裝橫梁、橫梁支撐腿、定滑輪、安全托蓋和施工吊籃組成。采用一臺(tái)10噸級(jí)的主卷?yè)P(yáng)機(jī)和兩臺(tái)5噸級(jí)的穩(wěn)繩卷?yè)P(yáng)機(jī)，兩穩(wěn)繩卷?yè)P(yáng)機(jī)保持同步運(yùn)行狀態(tài)。主鋼絲繩采用與10噸卷?yè)P(yáng)機(jī)標(biāo)配的Φ28鋼絲繩，配10噸級(jí)定滑輪；兩條穩(wěn)繩采用標(biāo)配的Φ19的鋼絲繩，配5噸級(jí)定滑輪。但該系統(tǒng)在使用中僅承擔(dān)壓力鋼管和施工機(jī)具的運(yùn)輸任務(wù)，在壓力鋼管和施工機(jī)具的運(yùn)輸作業(yè)中對(duì)井內(nèi)施工人員的危害可以避免，潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)較少；且不承擔(dān)作業(yè)人員的垂直運(yùn)輸任務(wù)，安全防護(hù)和等級(jí)不同。
       公司中標(biāo)承建的厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站在互聯(lián)井（垂直高度66米）、調(diào)壓井（垂直高度38米）、電纜井（垂直高度366米）和高壓豎井（垂直高度337米）的施工中需配置一種承擔(dān)施工人員、施工機(jī)具和工程材料垂直運(yùn)輸?shù)钠鹬貦C(jī)，其必須確保施工交叉作業(yè)中施工人員的安全，具有極高的安全性和可靠性。為此，公司組織起重機(jī)械行業(yè)專業(yè)技術(shù)專家、專業(yè)技術(shù)廠家共同聯(lián)合研發(fā)了深豎井載人載物起重機(jī)，形成本文所載“350米載人載物豎井起重機(jī)技術(shù)”。該技術(shù)經(jīng)安全技術(shù)評(píng)估和鑒定、技術(shù)方案優(yōu)選、設(shè)計(jì)方案確定、產(chǎn)品定型而投產(chǎn)，投入使用。
       二、技術(shù)參數(shù)
       1.額定起重量：10/3噸。其中：10噸吊鉤（BOX管安裝、拆除、檢修），3噸吊籠（主要承擔(dān)人員上下、鋼筋、小型施工機(jī)具的輸送）。
       2.各機(jī)構(gòu)速度：
       10噸起升速度：2-20米/分鐘；10噸小車運(yùn)行速度：1-10米/分鐘；3噸載人機(jī)構(gòu)起升速度：載人：3-30米/分鐘；載物：2-20米/分鐘；3噸載人機(jī)構(gòu)小車運(yùn)行速度：5米/分鐘；大車運(yùn)行速度：1-10米/分鐘。
       3.橋機(jī)跨度：7.85米。  
       4.整機(jī)工作級(jí)別：A6（其中10噸起升機(jī)構(gòu)為M6,運(yùn)行機(jī)構(gòu)為M3;3噸載人起升機(jī)構(gòu)為M6,運(yùn)行機(jī)構(gòu)為M3;大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為M3）。
       5.起升高度：10噸:軌面以上3.9米，軌面以下350米。
       6.3噸載人機(jī)構(gòu)：軌面以下290米。
       7.大車運(yùn)行距離：4.9米，大車軌道型號(hào)：43千克/米。
       8.大車供電形式：電纜。
       9.電源：440伏，60赫茲。
       三、工作原理
       本機(jī)為非標(biāo)的橋式起重機(jī)，大車驅(qū)動(dòng)方式為分別驅(qū)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、半齒聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸、帶制動(dòng)輪半齒聯(lián)軸器、制動(dòng)器、安全制動(dòng)器、減速器、開式大、小齒輪、卷筒組、吊具（扁擔(dān)梁）、吊鉤、高度指示裝置、荷重指示裝置等組成。當(dāng)?shù)秒姇r(shí)，電動(dòng)機(jī)作正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器、減速器、開式大、小齒輪帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)使鋼絲繩纏繞卷繞或釋放，帶動(dòng)吊具、吊鉤或吊籠作上升或下降運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到起吊物品或載人的目的。其中下層10噸起升機(jī)構(gòu)由兩套卷筒組成，3噸載人起升機(jī)構(gòu)由兩套卷筒組成，上層10噸起升機(jī)構(gòu)由單卷筒、單根鋼絲繩組成。

10噸載物和3噸載人立面圖（左圖）及平面圖（右圖）

10噸載物機(jī)構(gòu)圖及3噸載人機(jī)構(gòu)圖

3噸載人機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞示意圖

       1.小車架。
       小車架為整體構(gòu)件，由鋼板焊接而成。載重梁截面為工字梁或箱形截面梁。受運(yùn)輸條件限制，運(yùn)輸時(shí)小車架需打截，打截處由螺栓及連接板連接而成。
       2.電動(dòng)機(jī)。
       為確保電機(jī)能適用于高卷?yè)P(yáng)低速長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)，并考慮電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱的情況，選取了起重專用變頻電機(jī)，電機(jī)能在0-60赫茲頻率范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩輸出，且能在440±5伏壓降范圍內(nèi)安全工作。其中
       （1）10噸起升電機(jī)型號(hào)為:YZPE280S1-6,S2,60分鐘,63千瓦,969轉(zhuǎn)/分鐘。
       （2）3噸載人起升電機(jī)型號(hào)為：YZPE200L-6,S2,60分鐘，22KW,964轉(zhuǎn)/分鐘。
       3.減速系統(tǒng)。
       10噸起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)采用起重機(jī)專用TB系列硬齒面減速機(jī)，許用能力強(qiáng)。型號(hào)為：TB3HM13-71。
       3噸載人起升機(jī)構(gòu)減速機(jī)采用起重機(jī)專用TB系列硬齒面減速機(jī)，焊接殼體，許用能力強(qiáng)。型號(hào)為：TB3HM06-28。
       減速機(jī)的使用、維護(hù)和保養(yǎng)按減速機(jī)使用說(shuō)明書進(jìn)行。
       4.卷筒組。
       卷筒組由卷筒軸、卷筒、超載限制器和軸承座等組成。（其中3噸載人超載限制器為旁壓式傳感器，安裝在平衡臂端鋼絲繩上）卷筒軸采用滾動(dòng)軸承支承。卷筒為鋼板卷制卷筒。10噸卷筒組為雙卷筒、雙層纏繞，鋼絲繩在卷筒上自由雙層纏繞，在卷筒兩端設(shè)有擋板，以防止鋼絲繩從卷筒上脫落，同時(shí)起到3噸載人起升機(jī)構(gòu)卷筒組為雙卷筒、三層纏繞，為保證鋼絲繩排列有序，3噸載人起升機(jī)構(gòu)卷筒采用折線卷筒，同時(shí)在卷筒兩端焊有擋板及過(guò)渡環(huán)，擋板能防止鋼絲繩從卷筒上脫落，過(guò)渡環(huán)能使鋼絲繩很好地完成層間過(guò)渡。
       5.制動(dòng)器。
       選用YWZ4型液壓推桿制動(dòng)器，其作用是使物品或人按需要停止在任一高度位置上。為保證故障時(shí)或緊急狀態(tài)下，能安全制動(dòng)，在各起升機(jī)構(gòu)的卷筒尾部設(shè)置有液壓盤式常閉式安全制動(dòng)器，其型號(hào)分別為：SB50和SB160，安全系數(shù)不小于1.5。
       6.高度指示裝置。
       10T和3T主要由高度儀（編碼器、主令控制器和顯示儀）、DXZ旋轉(zhuǎn)限位+編碼器組成，所帶的增量編碼器都接入PLC，與電機(jī)所帶編碼器作比較，檢測(cè)電機(jī)超速、斷軸、失速等等信息，驅(qū)動(dòng)安全制動(dòng)器工作，從而有效安全保護(hù)起升電機(jī)的使用。
       高度儀的顯示儀安裝在司機(jī)室內(nèi)，用于顯示物品或人的起升高度，并吊具的上下極限。DXZ旋轉(zhuǎn)限位亦用于控制吊具的上下極限，它與高度顯示儀一起實(shí)現(xiàn)對(duì)吊具上下極限的雙重保護(hù)。各起升機(jī)構(gòu)還裝有重錘限位開關(guān)，對(duì)起升上極限又多一重安全保護(hù)。
       7.荷重指示裝置。
       10T雙卷筒荷重指示裝置采用軸承座式傳感器，其荷重的顯示儀表裝在司機(jī)室內(nèi)。當(dāng)荷重達(dá)90%額定負(fù)荷時(shí)儀表發(fā)出聲光報(bào)警，當(dāng)荷重達(dá)105%額定負(fù)荷時(shí)自動(dòng)斷電停機(jī)。超載控制器設(shè)有1路4-20mA模擬量輸出接點(diǎn)到PLC，準(zhǔn)確采集載荷的信息。
       10T分2路4-20mA模擬量輸出接點(diǎn)：傳感器A載荷輸出1路，傳感器B載荷輸出1路。分別顯示卷筒各個(gè)載重信息（分別顯示屏）；同時(shí)帶有斷繩保護(hù)，當(dāng)傳感器A與傳感器B的實(shí)時(shí)比值，超過(guò)一個(gè)范圍（5%），即有一個(gè)傳感器失去負(fù)載或失去信號(hào)，輸出動(dòng)作；同時(shí)超載帶有一個(gè)總顯示屏（傳感器A和B載荷之和）。
       3T荷重指示裝置采用旁壓式傳感器，分別有傳感器A、B、C、D四個(gè)傳感器；超載控制器設(shè)有2路4-20mA模擬量輸出接點(diǎn)（傳感器A和B載荷之和輸出1路，傳感器C和D載荷之和輸出1路）；同時(shí)帶有斷繩保護(hù)，當(dāng)傳感器A與傳感器B的實(shí)時(shí)比值，超過(guò)一個(gè)范圍（5%），即有一個(gè)傳感器失去負(fù)載或失去信號(hào)，輸出動(dòng)作；傳感器C與傳感器D的實(shí)時(shí)比值，超過(guò)一個(gè)范圍（5%），即有一個(gè)傳感器失去負(fù)載或失去信號(hào)，輸出動(dòng)作；
       3T分載人和載物，當(dāng)通過(guò)在司機(jī)室操作臺(tái)上“3T載人/載物”開關(guān)，切換到載人，當(dāng)總載荷實(shí)際起重量超過(guò)2T時(shí)，超載限制器輸出動(dòng)作；起升電機(jī)自動(dòng)斷電停機(jī)。當(dāng)為載物時(shí)，限制重量變?yōu)?T。3T超載限制器也同時(shí)具有分顯和總顯的顯示屏。
       8.扁擔(dān)梁裝置。
       10噸卷筒連接扁擔(dān)梁，扁擔(dān)梁主要吊運(yùn)鋼筋、滑膜安裝、輔助BOX安裝、吊運(yùn)工具等諸多任務(wù)。它由10噸吊鉤、梁體、平衡梁、重力旋轉(zhuǎn)環(huán)、各部位鏈條等組成。
       9.3噸載人吊籠。
       3噸載人吊籠主要承擔(dān)人員上下、小型施工機(jī)具的輸送。它由主滑輪系、副滑輪系、吊籠體、防擺輪系、卷簾門、防脫繩裝置等部分組成。
       正常工作時(shí)主滑輪系鋼絲繩處于繃緊受力狀態(tài)，副滑輪系處于繃緊不受力狀態(tài)。當(dāng)主滑輪系鋼絲繩斷裂時(shí)，副滑輪系代替主滑輪系受力工作，從而起到斷繩保護(hù)。
       防擺輪與吊籠體剛性連接，每對(duì)放搖擺輪中間穿有穩(wěn)繩裝置的鋼絲繩，從而實(shí)現(xiàn)升降時(shí)吊籠不產(chǎn)生過(guò)大的浮動(dòng)。
       10.3噸載人穩(wěn)繩裝置。
       穩(wěn)繩裝置主要使3噸載人吊籠在升降過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)大的晃動(dòng)。它主要由卷筒組、搖把、開式齒輪組、底座等組成。穩(wěn)繩裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝在預(yù)埋好了的地腳螺栓組上面。鋼絲繩為單根鋼絲繩，一頭連接卷筒，另一頭固定在電纜井下滑膜上，鋼絲繩始終處于繃緊狀態(tài)。
       11.電氣部分簡(jiǎn)述。
       電氣系統(tǒng)根據(jù)招標(biāo)及合同條款而設(shè)計(jì)，并適應(yīng)豎井現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作需要。為保證豎井起重機(jī)具有良好的運(yùn)行性能，豎井門機(jī)的主要電氣元件選用進(jìn)口名牌產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)知名產(chǎn)品，并具有通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、互換性強(qiáng)特點(diǎn)。電氣系統(tǒng)具有較高的控制功能和完善的保護(hù)功能，電控設(shè)計(jì)采用成熟設(shè)計(jì)方式：PLC+觸摸屏+變頻器+制動(dòng)單元+電阻器+電動(dòng)機(jī)。10T起升和地面3T起升機(jī)構(gòu)均設(shè)計(jì)有旁路系統(tǒng)，備用應(yīng)急使用。操作方式為司機(jī)室操作。
       （1）電源及供電。
       起重機(jī)上使用AC440伏、AC220伏、AC36伏、DC24伏四種電源,分別是:
       1）供電電源：三相，AC440伏±10%，60赫茲(-2%±1%)動(dòng)力回路。
       2）電源：三相，AC440伏，60赫茲。
       3）照明電源：?jiǎn)蜗?，AC220伏，60赫茲。
       4）控制電源：交流，AC220伏，直流，DC 24伏。
       5）電源插座：?jiǎn)蜗啵珹C220伏、60赫茲，AC36伏，60赫茲。
       起重機(jī)上不同的供電電源、不同的控制電路均有各自的斷路器控制,彼此分開。
       電源由拖纜滑車引入起重機(jī)上控制柜配電盤上，由隔離開關(guān)引出動(dòng)力、照明、控制等電源。
       設(shè)有一臺(tái)單獨(dú)的照明變壓器，變壓器的原端和副端均設(shè)有斷路器保護(hù)，為照明、維護(hù)插座及輔助電路提供220伏、36伏電源。
       設(shè)有一臺(tái)單獨(dú)的控制變壓器，變壓器的原端和副端均設(shè)有斷路器保護(hù)，為控制電路提供220伏控制電源,并通過(guò)整流單元模塊提供DC24伏直流電源。
       （2）起重機(jī)供電方式。
       雙梁起重機(jī)供電拖纜滑車導(dǎo)電，以大車行駛的端部為原點(diǎn) 向一端運(yùn)行收放拖纜；
       （3）各機(jī)構(gòu)基本配置。
       雙梁10噸起升機(jī)構(gòu)配置1個(gè)YZPE280S1-6/63千瓦電動(dòng)機(jī)，控制方式為PLC+2臺(tái)變頻器+編碼器分別精確驅(qū)動(dòng)，其中，電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁制動(dòng)器，另外，電動(dòng)機(jī)外部分別設(shè)置一個(gè)支持制動(dòng)器及一套安全液壓盤式制動(dòng)器（一個(gè)泵站兩個(gè)盤式制動(dòng)器），保證能夠安全停止。
       10噸小車機(jī)構(gòu)配置2個(gè)TFA78-VE-0.75P/0.75千瓦電動(dòng)機(jī)，控制方式為PLC+1臺(tái)變頻器，其中，電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁制動(dòng)器。
       地面3噸起升機(jī)構(gòu)配置1個(gè)YZPE200L-6/22千瓦電動(dòng)機(jī)，控制方式為PLC+變頻器+編碼器精確驅(qū)動(dòng)，其中，電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁制動(dòng)器，另外，電動(dòng)機(jī)外部分別設(shè)置一個(gè)支持制動(dòng)器及一套安全液壓盤式制動(dòng)器（一個(gè)泵站兩個(gè)盤式制動(dòng)器），保證能夠安全停止。
       地面3噸小車機(jī)構(gòu)配置2個(gè)YDE802-4D/0.8千瓦電動(dòng)機(jī)，控制方式為直接啟動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)為軟啟動(dòng)電機(jī)且內(nèi)置電磁制動(dòng)器。
       大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)配置2個(gè)TKAT88-VE-1.1P/1.1千瓦電動(dòng)機(jī)，控制方式為PLC+1臺(tái)變頻器，其中，電動(dòng)機(jī)內(nèi)置電磁制動(dòng)器。
       （4）電氣設(shè)備組成。
       起重機(jī)電氣設(shè)備由電動(dòng)機(jī)動(dòng)力配電設(shè)備和控制設(shè)備及現(xiàn)地傳感器（荷重、開度傳感器等）等設(shè)備組成。
       具體電氣設(shè)備主要有一個(gè)電氣控制柜、三摞電阻器、一套司機(jī)室及聯(lián)動(dòng)臺(tái)、倆個(gè)端子接線箱、儀表等相關(guān)器件。電氣控制柜安裝在10T雙梁起重機(jī)走臺(tái)上，電阻器安裝在走臺(tái)（電氣控制柜旁）上，司機(jī)室安裝在雙梁起重機(jī)走臺(tái)下，端子箱安裝在各個(gè)小車機(jī)構(gòu)運(yùn)行的電纜轉(zhuǎn)接部位。
       （5）電氣系統(tǒng)描述。
       起重機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由電氣控制柜、電動(dòng)機(jī)、電阻器、司機(jī)室、聯(lián)動(dòng)臺(tái)、照明信號(hào)、通信、檢測(cè)保護(hù)元件、儀表指示等部分組成。
       起重機(jī)的配電保護(hù)電路、照明電路、各機(jī)構(gòu)主電路及控制電路、PLC控制電路分別裝兩個(gè)聯(lián)體控制柜內(nèi)，照明控制，通信、操作信號(hào)儀表指示系統(tǒng)設(shè)在司機(jī)室，各機(jī)構(gòu)限位保護(hù)、電機(jī)超速保護(hù)、松繩保護(hù)、安全制動(dòng)等設(shè)置在相應(yīng)的部位（詳見(jiàn)隨機(jī)附帶的電氣原理）。各個(gè)部分設(shè)計(jì)分明總組裝成一套完整的電氣控制系統(tǒng)：
       1）配電保護(hù)電路。
       配電系統(tǒng)由總斷路器、總電源接觸器及各機(jī)構(gòu)的斷路器組成，從而可以使發(fā)生故障的支路被隔離維修，而不影響其它支路的操作，把故障的影響壓縮到最小范圍。配電控制回路中，設(shè)有電源指示、工作指示、門開關(guān)及起升上、下限位開關(guān)、電機(jī)超速保護(hù)等環(huán)節(jié)，設(shè)有短路、過(guò)流、過(guò)負(fù)荷及失壓、欠壓、過(guò)壓保護(hù)等 。在司機(jī)室內(nèi)設(shè)有無(wú)線操作系統(tǒng)，各機(jī)構(gòu)的操作指令及整機(jī)的啟動(dòng)、停止、急停等控制門機(jī)上的各機(jī)構(gòu)控制屏。
       ①保護(hù)屏BX作為全車的配電保護(hù)裝置，由斷路器-QF1和總接觸器KMO作為全車的總電源開關(guān)，在KMO后面引出各機(jī)構(gòu)的主電路和控制電路。
       ②整機(jī)的啟動(dòng)、緊急停車、啟動(dòng)警示由司機(jī)室內(nèi)操控來(lái)實(shí)現(xiàn)；操作人員開始操作時(shí)，第一步先確認(rèn)門機(jī)是正常的；
       ③啟動(dòng)警笛按鈕，提示車間其他人員注意，本臺(tái)車要開始操作使用了；第二步操作啟動(dòng)按鈕，總交接觸器KM0吸合后，操作人員可正常操作其他機(jī)構(gòu)開始吊運(yùn)工作；緊急停車是在行車有故障或需要緊急停車的狀態(tài)下，拍下操作臺(tái)上的紅色蘑菇頭按鈕，門機(jī)停止工作，下次啟動(dòng)操作時(shí)，再把紅色蘑菇頭旋轉(zhuǎn)松開；
       ④電源指示-1HL、工作指示-2HL用于顯示行車電源的工作狀態(tài)，指示燈安裝在電氣室保護(hù)屏上,電源指示-1HL正常工作狀態(tài)為紅色“亮”；工作指示-2HL正常工作狀態(tài)為綠色“亮”；
       ⑤門開關(guān)1SQ是為防止其他人員在行車正在運(yùn)行時(shí)誤上車，造成事故而設(shè)計(jì)的，采用滾輪式限位開關(guān)，在人員上車打開欄桿門時(shí)，門開關(guān)斷開，總交接觸器KM0斷電，行車停止運(yùn)行，待人員上車完成后，關(guān)閉欄桿門，門開關(guān)閉合，操作人員從新啟動(dòng)，總交接觸器KM0吸合后開始正常操作；門開關(guān)上的滾輪在正常情況下必須是被欄桿門上的碰頭緊壓著；若有松動(dòng)會(huì)造成總交接觸器KM0接觸不良；門開關(guān)安裝在行車欄桿門上；
       ⑥在電源主回路中按照有錯(cuò)斷相保護(hù)器，用于檢測(cè)電路的斷相、錯(cuò)相、過(guò)壓、欠壓等，主要起保護(hù)護(hù)電路的作用；該錯(cuò)斷相保護(hù)器安裝在保護(hù)屏內(nèi)；設(shè)備發(fā)生重大故障時(shí)設(shè)計(jì)有聲、光2種同時(shí)報(bào)警功能，并能自動(dòng)緊急停機(jī)，小故障時(shí)設(shè)計(jì)有預(yù)報(bào)警方式。
       2）照明通訊。
       司機(jī)室內(nèi)設(shè)置有AC220伏、20瓦螢光照明燈,用于司機(jī)室內(nèi)照明，其設(shè)計(jì)有單獨(dú)的控制回路。
       為保證門機(jī)在夜間或環(huán)境不太明亮的地方操作人員可正常工作，在門機(jī)走臺(tái)下方設(shè)置400瓦/220伏防震照明燈2盞，其設(shè)計(jì)有獨(dú)自的照明回路和單獨(dú)的照明變壓器。
       另外，在司機(jī)室內(nèi)設(shè)置220伏、36伏檢修插座，配套提供手提燈一套，為方便用戶安裝、檢修使用。
       3）PLC控制系統(tǒng)。
       整車采用PLC 控制，所有信號(hào)輸入PLC 系統(tǒng)，在PLC 系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算、處理，輸出到各相關(guān)單元進(jìn)行相應(yīng)的控制。 PLC 采用西門子S7-200系列，另外，配置特殊AD轉(zhuǎn)換模塊。司機(jī)室狀態(tài)顯示及故障診斷采用人機(jī)觸摸式顯示屏。為了解及監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)與PLC通訊采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控，參數(shù)修改；能以內(nèi)容豐富、畫面鮮明生動(dòng)的動(dòng)態(tài)形式，實(shí)時(shí)反映設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)；軟硬件安全電路，真實(shí)的反映了所發(fā)生的故障及故障發(fā)生的原因、日期和時(shí)間。
       4）各機(jī)構(gòu)電氣原理。
       ——10T起升機(jī)構(gòu)。
       ①10T主升小車箱柜內(nèi)有以下元件：A、2號(hào)主起升變頻器-2US，B、斷路器-2QFS2及主接觸器-KM1S2，C、制動(dòng)接觸器-KM2S2及斷路器-Q2S2、-Q1S2，D、制動(dòng)單元BUS2E、風(fēng)機(jī)接觸器-KM3S2、及斷路器-Q3S2、F、2號(hào)主起變頻器故障控制和制動(dòng)開啟抱閘  G、安全制動(dòng)器斷路器-Q4S2，H、旁路控制斷路器-Q5S2等主要元件。
       ②10T主變頻器的主要功能：通過(guò)控制端子接收PLC發(fā)出的控制命令運(yùn)行信號(hào) ，變頻器通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算和變頻器設(shè)定的參數(shù)為電動(dòng)機(jī)提供三相動(dòng)力電源，電動(dòng)機(jī)帶有速度檢測(cè)脈沖編碼器，變頻器通過(guò)帶有的A7AP接口接收實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)速度信號(hào)形成閉環(huán)控制，進(jìn)而達(dá)到安全精確調(diào)速目的；設(shè)定速度為10赫茲、30赫茲、50赫茲；同時(shí)變頻器還具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、故障自診斷等保護(hù)功能，變頻器在自保護(hù)的同時(shí)也保護(hù)電機(jī)的正常工作；變頻器本身具有順控制動(dòng)控制功能，變頻器開始以0赫茲輸出時(shí)，電動(dòng)機(jī)先工作，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)3赫茲時(shí)，及電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，變頻器內(nèi)部順控制動(dòng)控制回路打開，控制制動(dòng)器工作的繼電器得電，制動(dòng)器接觸器閉合，制動(dòng)器打開，電機(jī)正常工作，當(dāng)停車時(shí)，變頻器由50赫茲-0赫茲開始減速，當(dāng)變頻器減速至3赫茲時(shí)，順控制動(dòng)控制回路斷開，控制制動(dòng)器工作的繼電器失電，制動(dòng)器抱閘，此時(shí)電機(jī)還在工作，防止吊鉤所吊物溜鉤或發(fā)生其他事故；電機(jī)風(fēng)機(jī)用于電機(jī)散熱，滯后電機(jī)停止。
       ③10T主起升機(jī)構(gòu)設(shè)有旁路系統(tǒng)，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)在司機(jī)室內(nèi)轉(zhuǎn)換“下層10T旁路”開關(guān)，切換到旁路狀態(tài)，使起升機(jī)構(gòu)應(yīng)急使用完成當(dāng)前工作。
       ④10T主起升工作過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、安全制動(dòng)三級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，正常工作中一般采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，當(dāng)機(jī)構(gòu)電機(jī)速度超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的1.1-1.25倍時(shí)（可調(diào)整），安全制動(dòng)器工作，實(shí)現(xiàn)立即制動(dòng)抱閘，保證設(shè)備作業(yè)安全可靠。
       ⑤10T主起升電氣控制回路中設(shè)置有起升上、下停止限位、上、下預(yù)限位、超載、欠載保護(hù)、超速保護(hù)、斷繩保護(hù)、制動(dòng)器松閘檢測(cè)開關(guān)、過(guò)卷保護(hù)等 。
       ——10T小車機(jī)構(gòu)。
       ①10T主升小車箱柜內(nèi)有以下元件：A、10T小車變頻器-1UX2，B、小車主接觸器-KM1X2斷路器-1QFX2，C，制動(dòng)接觸器-KM2X2及斷路器-Q2X2，D、10T小車變頻器故障控制和制動(dòng)開啟抱閘。
       ②10T小車變頻器的主要功能：通過(guò)控制端子接收PLC發(fā)出的控制命令運(yùn)行信號(hào) ，變頻器通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算和變頻器設(shè)定的參數(shù)為主起電動(dòng)機(jī)提供三相動(dòng)力電源，變頻器采用開環(huán)V/F控制方式，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速目的，設(shè)定速度為10赫茲、30赫茲、50赫茲；變頻器具有恒轉(zhuǎn)矩輸出，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)輸出運(yùn)行信號(hào)控制制動(dòng)抱閘輸出。同時(shí)變頻器還具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、故障自診斷等保護(hù)功能，變頻器在自保護(hù)的同時(shí)也保護(hù)電機(jī)的正常工作。
       ③2號(hào)小車工作過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、兩級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，正常工作中先采用電氣制動(dòng)，當(dāng)減速到穩(wěn)定狀態(tài)再機(jī)械制動(dòng)，保證設(shè)備作業(yè)安全可靠。在小車行進(jìn)方向上，分別設(shè)置向前、向后限位開關(guān)，用來(lái)控制小車的終點(diǎn)位置。 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電氣保護(hù)有短路及過(guò)電流保護(hù), 過(guò)載保護(hù), 失壓及零位保護(hù)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí), 必須通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的故障復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。
       ——地面3T起升機(jī)構(gòu)。
       ①主升大車箱柜內(nèi)有以下元件：3T主起升變頻器-3US，B、斷路器-2QFS3及主接觸器-KM1S3，C、制動(dòng)接觸器-KM2S3及斷路器-Q2S3、-Q1S3，D、制動(dòng)單元BUS3  E、風(fēng)機(jī)接觸器-KM3S3、及斷路器-Q3S3、F、3T主起變頻器故障控制和制動(dòng)開啟抱閘  G、安全制動(dòng)器斷路器-Q4S3，H、大車變頻器-Ud，I、大車主接觸器-KM1d斷路器-1QFd，J，制動(dòng)接觸器-KM2d及斷路器-Q2d，K、大車變頻器故障控制和制動(dòng)開啟抱閘。L、3T小車斷路器-Q1X3及正反接觸器-KM1X3、-KM1X3、M、旁路控制斷路器-Q5S3等主要元件。
       ②3T主變頻器的主要功能：通過(guò)控制端子接收PLC發(fā)出的控制命令運(yùn)行信號(hào) ，變頻器通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算和變頻器設(shè)定的參數(shù)為電動(dòng)機(jī)提供三相動(dòng)力電源，電動(dòng)機(jī)帶有速度檢測(cè)脈沖編碼器，變頻器通過(guò)帶有的A7AP接口接收實(shí)時(shí)電動(dòng)機(jī)速度信號(hào)形成閉環(huán)控制，進(jìn)而達(dá)到安全精確調(diào)速目的；設(shè)定速度為10赫茲、30赫茲、50赫茲；同時(shí)變頻器還具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、故障自診斷等保護(hù)功能，變頻器在自保護(hù)的同時(shí)也保護(hù)電機(jī)的正常工作；變頻器本身具有順控制動(dòng)控制功能，變頻器開始以0赫茲輸出時(shí)，電動(dòng)機(jī)先工作，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)3赫茲時(shí)，及電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，變頻器內(nèi)部順控制動(dòng)控制回路打開，控制制動(dòng)器工作的繼電器得電，制動(dòng)器接觸器閉合，制動(dòng)器打開，電機(jī)正常工作，當(dāng)停車時(shí)，變頻器由50赫茲-0赫茲開始減速，當(dāng)變頻器減速至3赫茲時(shí)，順控制動(dòng)控制回路斷開，控制制動(dòng)器工作的繼電器失電，制動(dòng)器抱閘，此時(shí)電機(jī)還在工作，防止吊鉤所吊物溜鉤或發(fā)生其他事故；電機(jī)風(fēng)機(jī)用于電機(jī)散熱，滯后電機(jī)停止。
       ③3T主起升機(jī)構(gòu)設(shè)有旁路系統(tǒng)，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)在司機(jī)室內(nèi)轉(zhuǎn)換“地面3T旁路”開關(guān)，切換到旁路狀態(tài)，使起升機(jī)構(gòu)應(yīng)急使用完成當(dāng)前工作。
       ④3T主起升工作過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、安全制動(dòng)三級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，正常工作中一般采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，當(dāng)機(jī)構(gòu)電機(jī)速度超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的1.1-1.25倍時(shí)（可調(diào)整），安全制動(dòng)器工作，實(shí)現(xiàn)立即制動(dòng)抱閘，保證設(shè)備作業(yè)安全可靠。
       ⑤3T主起升電氣控制回路中設(shè)置有起升上、下停止限位、上、下預(yù)限位、超載、欠載保護(hù)、超速保護(hù)、斷繩保護(hù)、制動(dòng)器松閘檢測(cè)開關(guān)、過(guò)卷保護(hù)等。
       ——大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
       ①3T主升大車箱柜內(nèi)有以下元件：A、大車變頻器-Ud，B、大車主接觸器-KM1d斷路器-1QFd，C，制動(dòng)接觸器-KM2d及斷路器-Q2d，D、大車變頻器故障控制和制動(dòng)開啟抱閘。
       ②大車變頻器的主要功能：通過(guò)控制端子接收PLC發(fā)出的控制命令運(yùn)行信號(hào) ，變頻器通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算和變頻器設(shè)定的參數(shù)為主起電動(dòng)機(jī)提供三相動(dòng)力電源，變頻器采用開環(huán)V/F控制方式，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速目的，設(shè)定速度為20赫茲、50赫茲；變頻器具有恒轉(zhuǎn)矩輸出，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)輸出運(yùn)行信號(hào)控制制動(dòng)抱閘輸出。同時(shí)變頻器還具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、故障自診斷等保護(hù)功能，變頻器在自保護(hù)的同時(shí)也保護(hù)電機(jī)的正常工作；
       ③大車工作過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、兩級(jí)制動(dòng)狀態(tài)，正常工作中先采用電氣制動(dòng)，當(dāng)減速到穩(wěn)定狀態(tài)再機(jī)械制動(dòng)，保證設(shè)備作業(yè)安全可靠。在大車行進(jìn)方向上，分別設(shè)置向左、向右限位開關(guān)，用來(lái)控制大車的終點(diǎn)位置。 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電氣保護(hù)有短路及過(guò)電流保護(hù), 過(guò)載保護(hù), 失壓及零位保護(hù)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí), 必須通過(guò)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的故障復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。
       ——地面3T運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
       ①主升大車箱柜內(nèi)有以下元件：A、3T小車斷路器-Q1X3及正反接觸器-KM1X3、-KM1X3、M、3#小車控制斷路器-Q1X3等主要元件。
       ②地面3T小車運(yùn)行距離短，速度慢且使用頻率小，控制方式采用直接啟動(dòng)方式，為減小沖擊不穩(wěn)定及對(duì)機(jī)械的損害，采用三合一軟啟動(dòng)型電動(dòng)機(jī)。
       ——其他系統(tǒng)。
       ①門機(jī)使用的供電電源、控制以及信號(hào)電纜用CEFR型船用橡套軟電纜，最高溫度大于65℃. 選用國(guó)內(nèi)知名品牌產(chǎn)品；
       ②除電子線路外，電纜的最小截面積不小于1.5平房毫米,電纜固定采用耐高溫電纜固定扎帶固定。
       ③多芯控制電纜留有10%的余量。
       ④所有電纜兩端標(biāo)有永久性標(biāo)識(shí)，上面有與電纜接線圖一致的線號(hào)標(biāo)識(shí)。
       12.各機(jī)構(gòu)間防止誤操作保護(hù)功能。
       （1）設(shè)定10噸起升及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為1號(hào)和2機(jī)構(gòu)，地面3噸起升及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為3號(hào)和4機(jī)構(gòu)，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為5號(hào)機(jī)構(gòu)。
       （2）1、3號(hào)兩個(gè)機(jī)構(gòu)任何一個(gè)機(jī)構(gòu)的吊具在井內(nèi)時(shí)，5號(hào)機(jī)構(gòu)不能開動(dòng)。
       （3）1-5號(hào)機(jī)構(gòu)觸動(dòng)各自的行程限位時(shí)，相應(yīng)機(jī)構(gòu)不能工作。
       （4）1、3號(hào)機(jī)構(gòu)任一機(jī)構(gòu)過(guò)載、欠載時(shí)相應(yīng)機(jī)構(gòu)不能工作。
       （5）1號(hào)機(jī)構(gòu)高度高于3號(hào)機(jī)構(gòu)高度時(shí)，2、4、5號(hào)才能動(dòng)作。
       （6）所有操作手柄在操作過(guò)程中，必須在操作人員將檔桿調(diào)至相應(yīng)檔位并對(duì)檔桿適壓輕微重力時(shí)，方能在該檔位正常工作；否則操作過(guò)程中，操作人員手臂離開檔桿輕微重力消失后，檔桿自動(dòng)回歸零位，機(jī)構(gòu)停止工作，以確保操作安全。
       四、選型計(jì)算
       1.小車鋼絲繩計(jì)算。
       由G吊具=1.155噸，繩徑φ26理論單位長(zhǎng)度自重：2.91千克/米。
       繩長(zhǎng)L=4×385.5米=1542；起升高度H=385.5米。
       所以，鋼絲繩自重：G=2.91×1542=4488千克。
       查表得：φ2634×7-IWS1870鋼絲繩，最小破斷拉力為F=402千牛。
       鋼絲繩安全系數(shù)：
       

其中：G0：額定起重量，G0=10000×9.8=98000牛；
       G吊具：吊具的自重，G吊具=1155×9.8=11319牛；
       G繩：鋼絲繩重量。
       按照規(guī)范載物時(shí)鋼絲繩的安全系數(shù)不小于[n]=5.6
       因?yàn)?，n繩>[n]；
       所以，鋼絲繩的選擇能滿足使用要求。
       2.小車起升電機(jī)計(jì)算。
       當(dāng)G吊=10噸（G吊為起重量）時(shí)，提升速度V=2-20米/分鐘；
       此時(shí)電機(jī)功率為P：

       式中：η：機(jī)械效率，η=0.9；G0：額定起重量；G吊具：吊具的自重；G繩：鋼絲繩重量。
       參考電機(jī)樣本選取電機(jī)型號(hào)為YZPE280S1-6，P0=63千瓦，額定功率為63千瓦，轉(zhuǎn)速n電=981轉(zhuǎn)/分鐘。
       因?yàn)椋x電機(jī)功率P0=63千瓦>P=56.78千瓦；
       所以，電機(jī)的選取能滿足使用要求。
       3.減速機(jī)選型計(jì)算。
       1）減速機(jī)承受轉(zhuǎn)矩M：
       其中：D0：卷筒直徑，D=1.5米；d0:鋼絲繩直徑，d0=26毫米=0.026米；G0：額定起重量，G0=10000×9.8=98000牛；G吊具，G繩均同上。
       2）卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)總速比i:

       其中：D0：卷筒直徑，D=1.5米；V：提升速度，V=20米/分鐘；n電：電機(jī)在50赫茲時(shí)的轉(zhuǎn)速，n電=981轉(zhuǎn)/分鐘。
       因?yàn)?，z1/z2=125/32=3.9；
       所以，減速機(jī)速比。
       3）確定減速機(jī)的額定功率，應(yīng)滿足：
       
       查通力樣本額定功率表，選TB型，3級(jí)傳動(dòng)，規(guī)格13減速器，in=71,n1=1000轉(zhuǎn)/分鐘對(duì)應(yīng)的額定功率為130千瓦。
       參考減速器樣本選TB3HH-13-71-C，i=71；
       因?yàn)椋琍額>PN；
       所以，減速機(jī)的選型滿足使用要求。
       4.制動(dòng)器選型計(jì)算。
       1）機(jī)構(gòu)在高速軸上的轉(zhuǎn)矩為M制
       
       i：減速機(jī)總速比，i=282；η：機(jī)構(gòu)效率，η=0.9；其余符號(hào)同上。
       參考制動(dòng)器樣本選取制動(dòng)器型號(hào)為:YWZ4-300/80最大制動(dòng)力矩為T=1000N·m。
       制動(dòng)器安全系數(shù)n=1000/380=2.63；
       因?yàn)?，n>[n]=1.5；
       所以，制動(dòng)器的選型滿足使用要求。
       2）低速軸制動(dòng)器選取計(jì)算。
       安全制動(dòng)器型號(hào)SB160，夾緊力F夾=160千牛。
       
       其中：D夾：安全制動(dòng)器夾持中心圓直徑,(2.02m)。
       μ：摩擦系數(shù)，取0.35；n安 ：安全制動(dòng)器安全系數(shù)，取1.5；M制：安全制動(dòng)器制動(dòng)力矩；M吊：吊重產(chǎn)生的力矩；其它符號(hào)同上。
       因?yàn)?，n>[n]=1.5；
       所以，安全制動(dòng)器的選擇能滿足使用要求。
       五、應(yīng)用情況評(píng)價(jià)
       本文所載“350米載人載物深豎井起重機(jī)技術(shù)”已在厄瓜多爾保特—索普拉多拉水電站高壓豎井施工配置起重機(jī)中應(yīng)用，該起重機(jī)經(jīng)50%、75%、100%、125%動(dòng)靜載荷試驗(yàn)和125%（12.5噸）的急停試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，符合安全性和可靠性要求，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足深豎井施工使用功能需要。該起重機(jī)于2015年4月13日驗(yàn)收投入運(yùn)行，截止目前已安全可靠運(yùn)行三個(gè)月。
       六、展望
       隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，尊重生命、敬畏生命的安全理念和觀念不斷深入人心，體現(xiàn)“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀， 人們對(duì)起重機(jī)的安全性和可靠性越來(lái)越高。本文所載“350m載人載物深豎井起重機(jī)技術(shù)”可以推廣適用電力、石化、鋼鐵、交通等領(lǐng)域?qū)I(yè)化、自動(dòng)化、安全性高，性能可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便的需求，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展空間，其行業(yè)前景看好。該技術(shù)目前已成功推廣應(yīng)用于白鶴灘水電站引水隧洞豎井的施工建設(shè)中。(主創(chuàng)人員：陳立新、曹東林、蔡國(guó)忠、李  勝、戴海蓉、彭世權(quán)、蘭國(guó)原、耿  越、饒昌福、周振興、伊  哲、覃在云、付文彬、張龍波、王  雁、高艷海）