岸邊式橋式起重機(jī)的掛艙保護(hù)裝置的應(yīng)用

張富寬 王先君

摘要：岸邊式橋式起重機(jī)在裝卸集裝箱的作業(yè)過(guò)程中，起重機(jī)吊具掛艙事故時(shí)有發(fā)生，一旦發(fā)生掛艙事故瞬間所產(chǎn)生的超負(fù)荷起重會(huì)給岸橋的金屬結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p傷，甚至可能引發(fā)鋼絲繩斷裂、橋吊大梁傾覆、小車墜落等惡性事故。人們想出很多方法來(lái)避免掛艙事故發(fā)生時(shí)可能給設(shè)備、人身等帶來(lái)的損壞。

關(guān)鍵詞：岸邊橋式起重機(jī)；掛倉(cāng)；掛倉(cāng)保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP201

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6487 （2018） 01-0042-03

0 引言

岸邊式橋式起重機(jī)吊具掛艙（簡(jiǎn)稱吊具掛艙）統(tǒng)指在集裝箱作業(yè)過(guò)程中，因各種原因造成岸橋吊具在起升過(guò)程中，與固定物（如船艙集裝箱導(dǎo)槽，固定在船上的集裝箱）發(fā)生鉤掛或干涉，造成起升負(fù)荷瞬間嚴(yán)重過(guò)載，對(duì)起升機(jī)構(gòu)和岸橋結(jié)構(gòu)施加巨大過(guò)載沖擊的非正常狀態(tài)。一般人們認(rèn)為可以利用岸橋起升馬達(dá)的力矩保護(hù)實(shí)現(xiàn)掛倉(cāng)保護(hù)的作用，為什么還要求掛艙保護(hù)呢？因?yàn)檫@些保護(hù)在起升上升過(guò)程中需要考慮沖擊的虛假超負(fù)荷，因此設(shè)有延時(shí)，比如2s才能發(fā)出保護(hù)指令，但若真的超負(fù)荷很大2s的延遲將會(huì)出事故。為此又加設(shè)只要起重達(dá)120%額定載荷時(shí)立即驅(qū)動(dòng)斷電，幾毫秒后實(shí)現(xiàn)控制斷電。如果此時(shí)是掛艙故障，或集裝箱沒(méi)有解鎖或吊具沖頂，由于速度很快，將導(dǎo)致起升繩拉力和橋吊負(fù)荷急劇增加，危及起重機(jī)的安全。本文敘述了目前應(yīng)用最多的3種掛艙保護(hù)方式，并分析了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)[1]。

1 掛艙保護(hù)的類型及分析

（1）目前運(yùn)用較多的掛艙保護(hù)系統(tǒng)是和傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)在一起的，功能由位于后大梁尾部的多功能液壓系統(tǒng)執(zhí)行。這個(gè)液壓系統(tǒng)由1個(gè)液壓泵站及4個(gè)液壓油缸和閥組等組成。液壓油缸與主起升鋼絲繩改向滑輪相連，同時(shí)其由內(nèi)置的位移傳感器監(jiān)控油缸的伸縮行程，正常工作時(shí)通過(guò)這4個(gè)油缸的組合伸縮可以實(shí)現(xiàn)吊具的前后傾、左右傾、左右旋。在油缸上有一個(gè)與其連接的壓力閥值觸發(fā)裝置便是掛艙保護(hù)裝置。當(dāng)掛艙發(fā)生時(shí)，由于鋼絲繩的拉力將迅速增大，拉力通過(guò)所在滑輪傳導(dǎo)至與滑輪連接的掛艙油缸，導(dǎo)致油缸的壓力也相應(yīng)地增大。當(dāng)4個(gè)油缸中任何一個(gè)油缸壓力達(dá)到壓力閥預(yù)設(shè)值S掛時(shí)相應(yīng)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，該信號(hào)傳輸至PLC，由PLC通過(guò)邏輯計(jì)算緊急停止起升上升，同時(shí)溢流閥將打開(kāi)，使防掛艙油缸收縮吸收機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)慣性能量，整個(gè)掛艙保護(hù)動(dòng)作在不到一秒時(shí)間內(nèi)完成。掛艙發(fā)生后，司機(jī)室里的掛艙指示燈亮起，同時(shí)會(huì)響起警報(bào)聲，此時(shí)起升機(jī)構(gòu)只能通過(guò)旁路旋鈕慢速下降，以釋放鋼絲繩的張緊力。S掛的設(shè)定不能設(shè)得太小，設(shè)得太小，會(huì)將正常工作中的載荷沖擊值誤認(rèn)為掛艙處理。S掛也不能設(shè)得太大，設(shè)得太大，會(huì)導(dǎo)致各相應(yīng)的部分受力太大。根據(jù)分析和使用經(jīng)驗(yàn)S掛一般設(shè)為S掛-1.56S額或S掛-1.25S額（偏載沖擊） 值得注意的是，這個(gè)值不是不可調(diào)整的，它與起重機(jī)有關(guān)抗沖擊能力有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)在不影響正常工作情況下進(jìn)行設(shè)定，如發(fā)現(xiàn)原來(lái)的設(shè)定值不是在掛艙或不是沖頂時(shí)就起作用，則說(shuō)明設(shè)定值太低，應(yīng)相對(duì)將S掛調(diào)整大些。

這種掛艙保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，但是掛艙監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)性相對(duì)較好，缺點(diǎn)是體量大從而使得維修成本較高而且掛艙故障發(fā)生后由于制動(dòng)器緊急制動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分會(huì)有較大的機(jī)械沖擊。

（2）由Bubenzer公司開(kāi)發(fā)的利用重量傳感器作為掛艙保護(hù)條件的組合保護(hù)裝置sOs掛艙保護(hù)系統(tǒng)（后面簡(jiǎn)稱sOs系統(tǒng)）。首先先介紹SOS系統(tǒng)的掛艙保護(hù)的觸發(fā)裝置，然后再介紹該觸發(fā)裝置其他機(jī)構(gòu)組合掛艙保護(hù)的情況[2]。

首先該裝置每個(gè)重量傳感器都采用雙通道模式來(lái)采集其稱重信號(hào)，原理圖如圖1。

由圖l所示其中一個(gè)通道的重量傳感器信號(hào)直接連接到SOS系統(tǒng)的PLC的模擬量安全模塊上，另一個(gè)通道的重量傳感器模擬量信號(hào)通過(guò)圖中箭頭所示的BROSA模塊快速處理過(guò)后連接到與前面同個(gè)模擬量安全模塊的不同通道上，這樣兩個(gè)通道的模擬量信號(hào)其中任意一個(gè)達(dá)到預(yù)設(shè)值S掛都會(huì)觸發(fā)掛艙保護(hù)。而且同時(shí)BROSA模塊根據(jù)采集的重量傳感器信號(hào)與模塊中預(yù)設(shè)的數(shù)值進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字量信號(hào)，該數(shù)字量同樣傳遞給SOS系統(tǒng)的PLC進(jìn)行集中處理，這樣就確保了掛艙保護(hù)判斷的可靠性，但是這種掛艙保護(hù)的判斷存在一定的缺陷就是需要考慮岸邊式橋式起重機(jī)起升吊重物突然上升的虛假?zèng)_擊超負(fù)荷，因此設(shè)有一些延時(shí)。

2 觸發(fā)裝置與起升安全聯(lián)軸節(jié)組成

安全聯(lián)軸節(jié)是安裝在起升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)特殊的聯(lián)軸節(jié)，它和制動(dòng)器一起來(lái)實(shí)現(xiàn)掛倉(cāng)保護(hù)，該聯(lián)軸節(jié)由Bubenzer公司研制而成。該系統(tǒng)以迪拜T3項(xiàng)目為例，如下所示：圖2中（1）為速度傳感器，（2）為安全聯(lián)軸節(jié)鎖定限位，（3）為掛艙限位，（4）掛艙限位感應(yīng)盤，（5）為安全聯(lián)軸節(jié)，（6）為齒輪聯(lián)軸節(jié)，（7）為高速制動(dòng)盤，（8）為高速制動(dòng)器。

正常作業(yè)時(shí)：受sOs系統(tǒng)PLC控制的起升低速制動(dòng)器一直打開(kāi)，高速制動(dòng)器靠橋吊的主PLC和sOs系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)聯(lián)合控制，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)制動(dòng)器打開(kāi)停止時(shí)制動(dòng)器閉合。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生掛倉(cāng)故障時(shí)，安全聯(lián)軸節(jié)上的安全裝置會(huì)把驅(qū)動(dòng)電機(jī)和高速制動(dòng)器及其以后的運(yùn)轉(zhuǎn)部位分隔離開(kāi)，同時(shí)高速制動(dòng)器會(huì)由于sOs系統(tǒng)柜內(nèi)的控制回路切斷電源而緊急制動(dòng)，與此同時(shí)低速制動(dòng)器會(huì)由于液壓油緊急釋放回液壓泵站而也緊急制動(dòng)，但是整個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量卻可以通過(guò)自由旋轉(zhuǎn)而自行釋放掉，這樣可以最大限度的降低掛艙故障對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊。這時(shí)選擇掛艙旁路，通過(guò)操作起升手柄就可以打開(kāi)低速制動(dòng)器，并慢慢將起升下降到合適的位置直到掛艙故障消失，再用銅錘輕輕均勻的敲擊掛艙限位感應(yīng)盤，使安全聯(lián)軸節(jié)恢復(fù)為正常模式。圖3中的（1）速度傳感器其作用用來(lái)檢測(cè)掛艙故障發(fā)生后起升在手柄控制下慢速下降時(shí)的速度，當(dāng)檢測(cè)到起升下降速度達(dá)到100RPM時(shí)，SOS會(huì)適當(dāng)增加高速制動(dòng)器的摩擦力，這樣下降的速度會(huì)幾乎保持恒定。當(dāng)檢測(cè)到起升速度達(dá)到300RPM時(shí)，低速制動(dòng)器會(huì)自動(dòng)抱死防止集裝箱或吊具墜落。

這種掛艙保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是掛艙故障發(fā)生后對(duì)整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊小，缺點(diǎn)是安全聯(lián)軸節(jié)部位構(gòu)造復(fù)雜一旦發(fā)生掛艙故障需要熟練維修工協(xié)助處理影響掛艙故障恢復(fù)處理的時(shí)間。

3 SOS系統(tǒng)掛艙觸發(fā)裝置與傾轉(zhuǎn)油缸組成

該保護(hù)裝置機(jī)房?jī)?nèi)起升電機(jī)與減速箱之間的連接與正常連接方式無(wú)異，但是掛艙保護(hù)系統(tǒng)參與控制傾轉(zhuǎn)油缸系統(tǒng)，以迪拜Tl項(xiàng)目為例，如圖3所示。

當(dāng)發(fā)生判斷為掛艙故障時(shí)SOS系統(tǒng)會(huì)立即使得2kl、2k2、2k3、2k4吸合從而使得4個(gè)傾轉(zhuǎn)油缸的2Y1、2Y2、2Y3、2Y4電磁閥立即接通，致使油缸內(nèi)的液壓油盡快釋放，使防掛艙油缸收縮吸收機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)慣性能量，從而使得吊具和集裝箱在重力作用下下降一段距離，司機(jī)室里的掛艙指示燈亮起，同時(shí)會(huì)響起警報(bào)聲。恢復(fù)時(shí)只需要打住旁路開(kāi)關(guān)，慢慢操作起升手柄即可自動(dòng)恢復(fù)正常工作‘朝。

這種掛艙保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，缺點(diǎn)是體量大從而使得維修成本較高而且掛艙故障發(fā)生后由于制動(dòng)器緊急制動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分會(huì)有較大的機(jī)械沖擊。

4 掛艙保護(hù)靈敏性和可靠性

以迪拜T4項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目是目前世界上同類起重機(jī)中前伸距最大，大車跨距最大，起重重量最大和起重控制方式最為復(fù)雜的項(xiàng)目，尤為重要的是該岸邊式橋式起重機(jī)還具有遠(yuǎn)程自動(dòng)化的功能。對(duì)于這類岸邊式橋式起重機(jī)采用了將本文中第1種掛艙保護(hù)方式和第2種掛艙判斷方式相結(jié)合的掛艙保護(hù)。即一方面傾轉(zhuǎn)油缸自帶壓力閥掛艙保護(hù)，另一方面將重量傳感器也作為掛艙保護(hù)的條件之一。這樣只要是一個(gè)傾轉(zhuǎn)油缸內(nèi)的壓力達(dá)到閥值S掛或者任意一個(gè)重量傳感器信號(hào)滿足掛艙保護(hù)動(dòng)作的條件就立即觸發(fā)掛艙保護(hù)。掛艙保護(hù)動(dòng)作以后同本文2-樣，所有傾轉(zhuǎn)油缸的回流閥立即接通致使油缸內(nèi)的液壓油盡快釋放，利用掛艙油缸收縮吸收機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)慣性能量，從而使得吊具和集裝箱在重力作用下下降一段距離，掛艙的外界條件自行消失。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是在遠(yuǎn)程操作，無(wú)人操作和自動(dòng)化化碼頭日趨流行的大趨勢(shì)下，對(duì)岸邊式橋式起重機(jī)的各種保護(hù)性措施的可靠性和實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，尤其是掛艙保護(hù)這種涉及結(jié)構(gòu)性安全的保護(hù)越來(lái)越引起人們的重視。因此很多研發(fā)機(jī)構(gòu)和公司都在努力提高自己產(chǎn)品的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 符敦鑒岸邊式橋式起重機(jī)[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社.2001.

[2]李宗吳，岸橋掛艙保護(hù)裝置的分析及計(jì)算[J].港口裝卸，2011（4）：25-26

[3] 張衛(wèi).集裝箱岸橋吊具掛艙的原因分析及應(yīng)對(duì)措施[J].港口裝卸，2016 （2）：43-45