集裝箱電動(dòng)吊具與液壓吊具性能對(duì)比淺析

高勇，陳保棟青島前灣集裝箱碼頭有限責(zé)任公司工程技術(shù)部

集裝箱電動(dòng)吊具與液壓吊具性能對(duì)比淺析

高勇，陳保棟
青島前灣集裝箱碼頭有限責(zé)任公司工程技術(shù)部

摘要：本文通過(guò)對(duì)兩種集裝箱吊具在能耗，維護(hù)成本和故障率等方面的比較，總結(jié)出電動(dòng)吊具與傳動(dòng)液壓吊具相比存在的優(yōu)勢(shì)與不足，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐提出了改進(jìn)思路。

關(guān)鍵詞：液壓吊具；電動(dòng)吊具；對(duì)比；改造

目前，國(guó)內(nèi)外集裝箱碼頭所使用的集裝箱吊具大部分為全液壓驅(qū)動(dòng)，吊具的功能構(gòu)成主要有兩大部分，一是以液壓泵為核心的液壓系統(tǒng)，二是以PLC為核心的電氣控制系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)配合以實(shí)現(xiàn)吊具的各項(xiàng)功能。各動(dòng)力泵、控制閥、油缸、油管以及液壓油箱等組成了完整的液壓系統(tǒng)，且需要配置電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，電-液組合，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高，維護(hù)工作量較大。

隨著電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步以及電動(dòng)部件安全保護(hù)水平的提高，全電動(dòng)吊具近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外投入生產(chǎn)領(lǐng)域，采用電動(dòng)方式代替液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)吊具的控制在技術(shù)上已經(jīng)完全具備條件。

目前，我公司在橋吊和輪胎吊上分別配備了兩臺(tái)由上海振華重工公司所研制電動(dòng)單箱電動(dòng)吊具作為試點(diǎn)，該吊具伸縮機(jī)構(gòu)中的減速器為圓柱圓錐減速器，吊具旋鎖機(jī)構(gòu)的每套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)含有電動(dòng)機(jī)、圓柱行星齒輪減速器、曲柄、開(kāi)閉鎖限位開(kāi)關(guān)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的作業(yè)實(shí)踐，我們總結(jié)出在能耗、維護(hù)成本、故障率等方面電動(dòng)吊具與液壓吊具有一定的區(qū)別。鑒于關(guān)于傳統(tǒng)液壓吊具的技術(shù)資料和文獻(xiàn)比較豐富，在本文中不做重復(fù)。

一、電動(dòng)吊具的特點(diǎn)

全電動(dòng)集裝箱吊具的最大特點(diǎn)在于取消了吊具上的液壓系統(tǒng)，以電動(dòng)方式控制吊具旋鎖、導(dǎo)向、伸縮，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，維護(hù)方便，同時(shí)也降低了吊具的成本。

1.伸縮機(jī)構(gòu)

吊具伸縮采用全電動(dòng)伸縮式結(jié)構(gòu)，利用4.5千瓦電動(dòng)馬達(dá)通過(guò)減速齒輪箱帶動(dòng)無(wú)尾鏈進(jìn)行伸縮，從20英尺伸展到40英尺的時(shí)間小于22秒。

2.旋鎖機(jī)構(gòu)

旋鎖機(jī)構(gòu)采用2臺(tái)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)4個(gè)鎖頭，由0.45千瓦的電動(dòng)馬達(dá)、圓柱形行星齒輪減速器和感應(yīng)限位組成，開(kāi)閉鎖時(shí)間小于2秒。

3.電控部分

吊具上所有的電源、信號(hào)和控制命令都是通過(guò)與司機(jī)室相連的吊具電纜來(lái)傳輸?shù)?。電氣柜?nèi)布置有接觸器、熱繼電器、斷路器等電氣元件，系統(tǒng)布局簡(jiǎn)潔明晰，有利于故障的快速查找和排除。

二、電動(dòng)吊具與液壓吊具性能比較

1.能耗比較

液壓吊具動(dòng)力來(lái)源于液壓泵驅(qū)動(dòng)的電機(jī)。在吊具工作時(shí)，吊具泵是連續(xù)運(yùn)行的。目前我公司吊具泵電機(jī)的功率均為7.5kW，按照每天作業(yè)10小時(shí)計(jì)算，日消耗電能為75kW。

電動(dòng)吊具無(wú)液壓系統(tǒng)，不需要液壓泵電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源。其個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作由各自的電機(jī)完成。因此在能耗方面與液壓吊具最大的不同就是，其只有在各機(jī)構(gòu)工作時(shí)才產(chǎn)生耗能，在作業(yè)間隙各個(gè)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)產(chǎn)生耗能。

根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同樣作業(yè)箱量條件下，電動(dòng)吊具平均功耗約為液壓吊具功耗的百分之六左右，在能耗方面，電動(dòng)吊具明顯優(yōu)于液壓吊具。

2.維護(hù)成分分析

液壓吊具因其工作原理，必須要定期更換液壓油，這在維護(hù)成本中占了比較大的比重。另外，在日常維護(hù)中，我們也發(fā)現(xiàn)，由于傳動(dòng)壓力的油管難免與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間存在摩擦，加之本身橡膠的老化，油管不時(shí)發(fā)生破損現(xiàn)象，更換油管不但增加了維護(hù)成本，而且增加了維護(hù)人員的工作量。

電動(dòng)吊具利用電機(jī)和減速器驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行。在各個(gè)動(dòng)作機(jī)構(gòu)中，所有電機(jī)均配有過(guò)流保護(hù)裝置，當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷電路，保護(hù)了電機(jī)的安全。電動(dòng)吊具維護(hù)的最主要成本集中在兩個(gè)方面，一是限位、繼電器、接觸器等電器元件的損耗；另一方面是開(kāi)閉鎖電動(dòng)推桿的絲杠螺母的更換，根據(jù)資料顯示，每作業(yè)30萬(wàn)箱，就需要更換一次絲杠螺母。

比較兩種吊具的維護(hù)成本，我們總結(jié)出，比起液壓吊具，電動(dòng)吊具存在維護(hù)成本低，維護(hù)工作量少等優(yōu)勢(shì)。

3.故障率分析

液壓吊具以液壓泵為動(dòng)力源，以油管實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，以電磁閥作為管路通斷控制元件，因此，其故障主要集中在油管磨損破裂、油缸漏油、因液壓油雜質(zhì)引起的油管堵塞、電磁閥燒壞等方面。由于涉及的管路、閥體較多，因此在查找故障時(shí)，存在一定的難度。

電動(dòng)吊具采用電機(jī)帶動(dòng)減速器傳動(dòng)的方式，其故障主要集中在接觸器損壞、電動(dòng)推桿因停止位置偏移而卡住等方面。但是，電動(dòng)吊具的結(jié)構(gòu)明晰，有利于快速判斷故障點(diǎn)。

三、電動(dòng)吊具存在的問(wèn)題及解決思路

就目前我公司裝卸生產(chǎn)中的使用情況來(lái)看，電動(dòng)吊具尚有需要改進(jìn)的地方，主要集中在以下幾個(gè)方面：

1.我公司所配備的電動(dòng)吊具未安裝吊具導(dǎo)板，不利于司機(jī)快速準(zhǔn)確對(duì)箱，降低了作業(yè)效率。因此需要我們改造加裝導(dǎo)板。

2.電動(dòng)吊具的控制單元在司機(jī)室，吊具箱內(nèi)沒(méi)有PLC，這樣的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)化了吊具的結(jié)構(gòu)，但是不利于維修人員在地面排除吊具故障。比如，有些情況下需要強(qiáng)制某機(jī)構(gòu)動(dòng)作，需要維修人員強(qiáng)制吸合繼電器，存在安全隱患。因此，我們計(jì)劃在吊具電氣接線箱內(nèi)安裝小型PLC和操作按鈕，實(shí)現(xiàn)維修人員在地面對(duì)吊具各機(jī)構(gòu)的手動(dòng)操作。

3.作業(yè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)因開(kāi)閉鎖電力推桿跑位卡住，致使銅套變形的故障發(fā)生頻繁，而且維修起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。主要原因是，電力推桿在感應(yīng)到開(kāi)閉鎖限位后，由于自身動(dòng)力慣性的原因，不能及時(shí)停住，導(dǎo)致推桿超行程。最初，我們選擇了調(diào)整限位位置，為推桿增加行程余量的方法，這種方法出現(xiàn)的新問(wèn)題是，開(kāi)閉鎖經(jīng)常不能完全到位。經(jīng)研究，我們又采用了能耗制動(dòng)的方式，在推桿電機(jī)上加裝能耗制動(dòng)裝置，在保證開(kāi)閉鎖到位的前提下，在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)推桿的制動(dòng)，從作業(yè)實(shí)踐看，取得了良好的效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)液壓吊具和電動(dòng)吊具的分析比對(duì)，可以看出，電動(dòng)吊具在能耗、維護(hù)成本、故障率等方面相比于液壓吊具都存在明顯優(yōu)勢(shì)，雖然目前電動(dòng)吊具的設(shè)計(jì)還存在一些缺陷，但是通過(guò)技術(shù)改造可以達(dá)到比較理想的效果，電動(dòng)吊具的廣泛使用是未來(lái)港口集裝箱裝卸設(shè)備的一大趨勢(shì)！

參考文獻(xiàn)：

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