本发明属于自动控制技术领域。适用于以叶片可调式液力变矩器为动力转换装置的挖泥船抓斗挖泥吊机、钻井下钻吊机和起重机等起吊设备。 1.目的
目前抓斗挖泥船上的抓斗挖泥吊机采用机械刹车来使抓斗在空中停住，其缺点是由于操作频繁而使刹车带经常损坏;机械冲击力大，影响挖泥吊机的使用寿命;劳动强度大、操作不方便、工作效率低。
本发明是采用电子线路自动控制方式，通过单手柄操作，对以叶片可调式液力变矩器为动力转换装置的抓斗挖泥吊机双闭环调速系统进行控制，实现当手柄置“中央零区”时，不必使用机械刹车就能使抓斗（空斗或满斗）在空中自动停住。（我们称之为抓斗空中自动稳零）。
这样，将使可调式液力变矩器抓斗挖泥吊机电磁操纵系统的单手柄操作功能更加完善，实现了三状态单手柄操作，即手柄往后拉时使抓斗上升无级调速，往前推时抓斗下降无级调速，当手柄放置“中央零区”时，不经机械刹车就使抓斗在空中自动停住。
2.内容
抓斗自动稳零器的功能是抓斗在空中作上升或下降运动而操作手柄放置在“中央零区”时，它能输出电压UWL（和UXTF）作为系统的给定控制信号，并能根据抓斗的运动情况，自动调节输出UWL的大小去改变系统中叶片可调式液力变矩器输出的提拉力，使抓斗在空中自动停住，当抓斗在空中停住时，它又能使其输出UWL保持不变。
抓斗自动稳零器的原理结构图如图1所示。它的主要组成部份有：零转速检测器LS，转向鉴别器ZX，下降突加信号发生器XTF，数字积分器SJQ和操作手柄开关ZL。
（1）操作手柄开关ZL
它由操作手柄CSB及其带动的凸轮开关ZL1～3组成。手柄转动区域分为上升区（+10°～+36°），中央零区（+10°～-10°）和下降区（-10°～-36°）。三个开关随手柄转动角度不同的开闭情况如图2所示。
（2）零转速检测器LS（如图4所示）
它由过零比较器组成。其输入是来自系统转速的电压信号Uf，当Uf≈0时，其输出电平ULS＝“0”;当Uf0时，ULS＝“1”，其输出送至可逆计算器KJ的主脉冲输入控制门Y2。
（3）转向鉴别器ZX（如图5所示）
由二个鉴幅器（YF1～5;YF10～13），RC电路、R-S触发器（YF6～9）和双脉冲测速发电机SMC所组成。SMC发出相角差为90°的二路脉冲信号f1，f2，当抓斗上升时，f1超前f290°电角度，ZX输出UZX＝“0”;当抓斗下降时，f2超前f190°电角度，ZX输出UZX＝“1”，UZX送至可逆计算器KJ作加减法计数的控制信号。
（4）下降突加信号发生器XTF（如图3所示）
由手柄开关ZL1、比较器BQ、与门Y1、三极管SG及光电耦合管GG等所组成，输入端接转向鉴别器ZX的输出端UZX和系统转速电压信号Uf。当手柄在“中央零区”，ZL1闭合、抓斗作下降运动，UZX＝“1”及系统转速电压信号Uf＞UC（UC为下降速度设定值）时，其输出UXTF为负电压信号（电压值待调定），UXTF是当抓斗从高速下降进入自动稳零状态时给系统增加的给定值，起突加稳斗地作用。
（5）数字积分器SJQ（如图6所示）
数字积分器SJQ的输入端接零转速检测器LS和转向鉴别器ZX的输出端。输出是电压信号UWL（作系统的给定信号），其功能是：只要有上升转速信号时，其输出UWL就减小;只要有下降转速信号时，其输出UWL就增大;当转速信号为零时，其输出UWL就保持不变。它由主脉冲发生器ZM、可逆计数器KJ、数一模转换器SMZ、清零预置器QY、全“0”限制器QLX和全“1”限制器QYX构成。
ⅰ）主脉冲发生器ZM
由晶体振荡器产生频率为292KHZ的脉冲列，经三级十六分频（FP1～FP3）后，通过可逆计数器控制门y2，作为可逆计数器的计数脉冲f0·f0可在最后一级分频器FP3上作选择，待调试确定。
ⅱ）可逆计数器KJ
由与非门（yF17～19）及三个计数器（KJ1～3）组成的十位可逆计数器，其作用是接受计数脉冲f0和加减控制信号UZX，作加法和减法计数，输出十位二进制数，送到数一模转换器SMZ。
可逆计数器受转速检测信号ULS和转向鉴别信号UZX控制时工作的真值表如表一所示。
表一
ⅲ）数一模转换器SMZ
由十位D/A转换元件DAT及运放XF2所构成。它把来自可逆计数器输出的二进制数转换为模拟电压UWL。W4是调整最大输出电压的电位器。
3.优点与积极效果
装有“抓斗自动稳零装置”的抓斗挖泥船叶片可调式液力变矩器的电磁操纵系统，能实现单手柄三状态（上升下降无级调速和抓斗空中自动稳零）的操作，这种不必通过机械刹车的抓斗空中自动稳零的控制有如下优点与积极效果：
（1）提高工作效率和作业安全性;
（2）操作方便，易学;
（3）减轻劳动强度，（过去笨重的机械刹车由于操作频繁，往往使操作工人背部皮肉受损伤）。
（4）减少机械冲击，延长机械使用寿命，缩减维修费用和时间，（过去机械刹车带每2～3周就要更换一次，每次需花时间4～7小时，所以，单这一项就可省去很多费用和时间）。
4.图面说明
（1）图1说明
图1：抓斗自动稳零装置原理结构图
ZL：操作手柄开关 QLX：全“0”限制器
XTF：下降突加信号发生器 QYX：全“1”限制器
LS：零转速检测器 ULS：零转速检测器输出信号
ZX：转向鉴别器 UZX：转向鉴别器输出信号
SJQ：数字积分器 UXTF：下降突加信号发生器输
QY：清零预置器 出信号
KJ：可逆计数器 UWL：数字积分器输出信号
SMZ：数一模转换器 Uf：从系统输入的转速电压信号
（2）图2说明
图2：操作手柄开关ZL示意图
CSB：操作手柄
ZL1～3：操作手柄开关
（3）图3说明
图3：下降突加信号发生器XTF原理图
ZL1：操作手柄开关 GG：光电耦合管
BQ：比较器 Uf：来自系统的转速电压信号
y1：与门 UZX：来自转向鉴别器输出的信号
SG：三极管 UXTF：下降突加信号发生器输出信号(4）图4说明
图4：零转速检测器LS原理图
Xy1：线性运放 Uf：来自系统的转速电压信号
W5：电位器 ULS：零转速检测器输出信号
（5）图5说明
图5：转向鉴别器ZX原理图
SMC：双脉冲测速发电机 C1～C2：电容器
f1，f2：双脉冲测速发电机的 UZX：转向鉴别器输出信号
二个输出信号。
yF1～13：与非门
（6）图6说明
图6：数字积分器SJQ原理图
ZM：主脉冲发生器 FP1～3：分频器
JT：晶体振荡器 QY：清零预置器
yF14～15：与非门 ZL2：操作手柄开关
DW1～2：单稳态触发器 Xy2：线性运放
F1～3：非门 ULS：来自零转速检测器输出端的
H1：或门 信号
KJ：可逆计数器 UZX：来自转向鉴别器输出端的信号
UWL：数字积分器输出信号
y2：与门 QLX：全“0”限制器
yF17～19：与非门 H3～5：或门
DAT：数模转换元件 QYX：全“1”限制器
yF20：与非门 y3～5：与门
5.实现抓斗自动稳零的方式
抓斗自动稳零装置加入双闭环叶片可调式液力变矩器调速系统后，构成新的抓斗空中自动稳零控制系统。
抓斗在空中作上升运动情况下，当操作手柄放置在“中央零区”位置时，手柄操作开关ZL1～3闭合，使系统进入抓斗空中自动稳零控制状态，这时，UWL作为系统的给定值，ZL3闭合，使双闭环的二个调节器成为比例调节器，同时在ZL1动作时，产生正脉冲，使可逆计数器先清零，后预置全“1”，数模转换器SMZ输出UWL为UWL最大使系统中叶片可调式液力变矩器发出较大的提拉力，首先将抓斗提拉一下，这时因有抓斗上升速度，零转速检测器输出ULS＝“1”，可逆计数器控制门y2打开，计数脉冲f0输入可逆计数器。由于此时转向鉴别器输出UZX＝“0”，故可逆计数器作减法计数，则UWL从UWL最大逐渐减小，变矩器的提拉力也随之减小，当提拉力与抓斗的重力相平衡时，抓斗就在空中停住。这时，ULS＝“0”，y2门关断，则计数停止，数字积分器的输出保持在抓斗停住时的UWL值。
抓斗在空中作下降运动情况下，当操作手柄再放回“中央零区”时，计数器被全“1”预置，UWL为UWL最大，变矩器产生较大的提拉力，使抓斗停住。若提拉过大，在抓斗停住后还会作上升运动，这时，ULS＝“1”，UZX＝“0”，计数器作减法计数，使UWL减小，当抓斗再次停住时，UWL保持不变。
由于抓斗从高速下降进入自动稳零所需的提拉力比上升运动进入自动稳零时提拉力大，对于整定同一个UWL最大值会出现自动稳零效果不很满意的情况，故必须加入稳斗环节，这由下降突加信号发生器XTF来完成。当下降速度大于某一整定值时，它便输出电压值UXTF，增加系统的给定值，使变矩器产生突加提拉力，这样能达到抓斗自动稳零效果良好的目的。