船舶岸電電纜輸送車(chē)

申展超，黃迎春，李萬(wàn)里，張?jiān)娮?/p>

（1.大連益網(wǎng)科技有限公司，遼寧大連 116025；2.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧大連 116025）

0 引言

岸電技術(shù)是指允許裝有特殊設(shè)備的船舶在停泊港口時(shí)接入港口側(cè)的岸電電源，從岸上獲得其泵組、通風(fēng)、照明、通信和其他設(shè)備所需電力，從而關(guān)閉船舶自身的柴油發(fā)電機(jī)，減少?gòu)U氣的排放量，達(dá)到改善港口空氣質(zhì)量的目的。

國(guó)外岸電技術(shù)發(fā)展較快，相比之下，國(guó)內(nèi)岸電技術(shù)雖然起步晚，但國(guó)內(nèi)多個(gè)港口已建立船用岸電試點(diǎn)性工程。2009 年以來(lái)，青島港、上海港、連云港港口、招商國(guó)際蛇口港、福建港、寧波港、天津港等多個(gè)港口都進(jìn)行了岸電系統(tǒng)的建設(shè)和試點(diǎn)。

1 岸電系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

船舶岸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由岸電供電，船岸交互和船舶受電等3 部分組成。岸電供電部分實(shí)為一個(gè)特殊主變電站，將進(jìn)線(xiàn)電壓經(jīng)變頻、變壓后供應(yīng)到碼頭岸電箱，用以供給不同船只的用電。船岸互交部分是指連接岸上連接點(diǎn)及船上受電裝置間的電纜和設(shè)備，電纜連接設(shè)備必須滿(mǎn)足快速連接和儲(chǔ)存的要求，其不使用時(shí)儲(chǔ)存在船上、岸上或駁船上。移動(dòng)電纜站應(yīng)配備用于輸送或起吊電纜的設(shè)備。船舶受電部分安裝固定在船只上，主要包括船舶配電網(wǎng)及其相關(guān)設(shè)備。

1.2 電纜輸送車(chē)工作原理

SSYW2 臂架式電纜卷盤(pán)輸送車(chē)如圖1 所示，電纜輸送車(chē)工作時(shí)，將碼頭岸電箱輸出的電纜纏繞在電纜輸送車(chē)的電纜卷盤(pán)上，電纜從電纜卷盤(pán)出來(lái)后沿著臂架布置，繞過(guò)頭部滑落后電纜的快速插頭處于懸空狀態(tài)。電纜輸送車(chē)到達(dá)指定位置后，伸出支腿，通過(guò)絲杠調(diào)整使支腿著地。通過(guò)回轉(zhuǎn)減速機(jī)、變幅油缸和伸縮油缸等3 個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)作，使電纜的快速插頭到達(dá)船舶的接電箱位置，最后人工將快速插頭接入船舶接電箱進(jìn)行充電。

圖1 SSYW2 臂架式電纜卷盤(pán)輸送車(chē)

2 電纜輸送車(chē)系統(tǒng)組成

2.1 設(shè)備組成

為解決船岸交互部分電纜輸送的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種電纜輸送車(chē)，設(shè)備組成如圖2 所示。電纜輸送車(chē)包括底盤(pán)、車(chē)架總成、變幅油缸、伸縮臂和液壓系統(tǒng)等。電纜卷盤(pán)、電機(jī)、液壓泵站、變幅油缸、滑環(huán)箱和防爆控制柜等。

圖2 電纜輸送車(chē)設(shè)備組成

電纜輸送車(chē)整機(jī)長(zhǎng)6.9 m，寬2.5 m，高4 m，滿(mǎn)足公路運(yùn)輸?shù)囊?。設(shè)備最大行駛速度25 km/h，滿(mǎn)足港口電纜輸送的需要。

電纜輸送車(chē)底盤(pán)主要由底盤(pán)結(jié)構(gòu)、支腿、輪胎等組成，是整臺(tái)設(shè)備的支撐和行走部件。底盤(pán)上安裝有支腿，支腿通過(guò)絲杠調(diào)節(jié)高度，來(lái)實(shí)現(xiàn)著地或者離地。另外，支腿為可折疊型式，運(yùn)輸時(shí)可折疊起來(lái)，減小運(yùn)輸尺寸。電纜輸送車(chē)為非自行走式輪胎底盤(pán)，依靠港口現(xiàn)有拖車(chē)設(shè)備輔助行走。

車(chē)架總成包括車(chē)架結(jié)構(gòu)、電纜卷盤(pán)、滑環(huán)箱、回轉(zhuǎn)裝置、防爆控制柜等，是整車(chē)的中樞部分。電纜卷盤(pán)是收放電纜的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)滑環(huán)箱的共同作用實(shí)現(xiàn)電纜的收放?；剞D(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)減速機(jī)等，使整車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)±90°的回轉(zhuǎn)。防爆控制柜是整車(chē)的安全控制系統(tǒng)，保證了設(shè)備工作過(guò)程中的安全性能。

液壓系統(tǒng)由液壓泵站、變幅油缸、臂架伸縮油缸、閥塊和管路組成，采用點(diǎn)比例控制，無(wú)極調(diào)速，操作性能好，降耗節(jié)能。

2.2 伸縮臂

油缸加繩排的伸縮原理如圖3 所示，伸縮臂是三節(jié)伸縮的箱型臂，一二三節(jié)伸縮臂采用箱型結(jié)構(gòu)，通過(guò)油缸加繩排的方式實(shí)現(xiàn)二三節(jié)臂的伸縮，通過(guò)變幅油缸實(shí)現(xiàn)輸送臂的角度變化。從而實(shí)現(xiàn)高度和角度的變化。油缸加繩排的伸縮技術(shù)，其核心就是一個(gè)伸縮油缸配合繩排和滑輪，達(dá)到三節(jié)臂同步伸縮。伸縮臂工作原理：二節(jié)臂與一節(jié)臂通過(guò)伸縮油缸連接；三節(jié)臂通過(guò)伸臂繩、縮臂繩與一節(jié)臂連接。伸臂繩總長(zhǎng)L1，一端固定在一節(jié)臂尾部，一端固定在三節(jié)臂尾部，中間繞過(guò)伸縮油缸頭部導(dǎo)向輪?？s臂繩總長(zhǎng)L2，一端固定在一節(jié)臂頭部，一端固定在三節(jié)臂尾部，中間繞過(guò)二節(jié)臂尾部導(dǎo)向輪。

（1）外伸。伸縮油缸外伸時(shí)，缸筒外伸ΔL1，油缸就帶著二節(jié)臂外伸ΔL2=ΔL1，由于一節(jié)臂保持不動(dòng)，并且伸臂繩兩端固定在一節(jié)臂和三節(jié)臂，而且長(zhǎng)度L1總長(zhǎng)不變；因此只能三節(jié)臂外伸，伸出量等于缸筒的外伸量ΔL3=ΔL1；所以ΔL2=ΔL3，即二三節(jié)臂外伸量相等，這就是同步伸縮原理，一個(gè)伸縮動(dòng)作的發(fā)生，帶來(lái)相鄰兩節(jié)起重臂的伸縮量相等。

（2）回縮?；乜s原理同外伸。伸縮油缸回縮時(shí)，缸筒回縮ΔL1，油缸就帶著二節(jié)臂回縮ΔL2=ΔL1；二節(jié)臂回縮時(shí)，由于鎖繩臂兩端固定在一節(jié)臂和三節(jié)臂上，并且一節(jié)臂相對(duì)保持不動(dòng)，因此只能三節(jié)臂回縮，回縮量等于缸筒的外伸量ΔL3=ΔL1。

伸縮臂的頂部設(shè)置有電纜托架和托輪，伸縮臂的頭部連接有導(dǎo)向滑輪，滑落與伸縮臂的三節(jié)臂端部通過(guò)法蘭螺栓連接，電纜通過(guò)頭部滑輪的導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)電纜插頭和船舶電纜插座的對(duì)接。

電纜托架和托輪固定在伸縮臂上部，用來(lái)進(jìn)行電纜的導(dǎo)向及固定，防止設(shè)備工作工程中電纜滑落。在一節(jié)臂上，電纜托架和托輪中有一組帶傳感器的，目的是通過(guò)測(cè)量電纜的壓力，反饋給電纜卷盤(pán)信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)電纜的松緊，達(dá)到防止電纜損壞、保護(hù)電纜的目的。帶傳感器的電纜托架如圖4 所示。

圖3 油缸加繩排的伸縮原理

圖4 帶傳感器的電纜托架

2.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由動(dòng)力站、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中，動(dòng)力站由液壓油箱、電機(jī)、液壓泵、過(guò)濾器、閥組、平衡閥、伸縮臂油缸、液壓鎖、變幅油缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)等附件組成。另外還包含液位、液溫及壓力傳感器，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)。

采用定量泵加電比例多路閥的閥控系統(tǒng)，由電比例多路閥實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)速度的控制，多路閥主油路配有壓力補(bǔ)償器，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確的速度調(diào)節(jié)。多路閥入口設(shè)置有三通流量閥，在機(jī)構(gòu)無(wú)動(dòng)作工況，實(shí)現(xiàn)低壓卸荷，減少系統(tǒng)發(fā)熱，節(jié)能環(huán)保。系統(tǒng)配置有散熱器，在油溫達(dá)到50 ℃時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)散熱器，保證油溫恒定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括1 個(gè)伸縮油缸、2 個(gè)變幅油缸、1 套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（馬達(dá)加減速機(jī)）。系統(tǒng)配置有泵吸油過(guò)濾器、泵出口高壓過(guò)濾器及回油過(guò)濾器，為系統(tǒng)油液清潔度提供保證。

伸縮油缸配有進(jìn)口雙向平衡閥，在伸縮過(guò)程中，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，并保證臂架負(fù)角度工況下，油缸不會(huì)在外負(fù)載作用下伸出。變幅油缸采用單向平衡閥加液壓鎖的配置形式，一方面實(shí)現(xiàn)雙油缸在靜止?fàn)顟B(tài)下的雙向鎖止，另一方面，保證油缸動(dòng)作過(guò)程的穩(wěn)定及同步動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速機(jī)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于減速機(jī)本身的自鎖性能，不額外配置制動(dòng)器及平衡閥。

2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要包括卷盤(pán)電機(jī)M1、臂頭電機(jī)M2、液壓泵站電機(jī)M3、變頻器U1～U2、開(kāi)關(guān)電源U3、控制器PLC、顯示器DS1、機(jī)構(gòu)動(dòng)作開(kāi)關(guān)S1～S6、機(jī)構(gòu)動(dòng)作電磁閥Y101～Y103、壓力傳感器TP1、測(cè)力傳感器TF1 等組成。

電氣系統(tǒng)主要功能包括對(duì)整機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)作控制、通過(guò)電纜卷盤(pán)對(duì)電纜的輸送與送回控制、安全限制、顯示及報(bào)警等功能。

電控系統(tǒng)采用可編程控制器（布置在控制箱內(nèi)），控制箱面板設(shè)置有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)等操作元件，同系統(tǒng)內(nèi)的傳感器（壓力傳感器、測(cè)力傳感器等）均為輸入信號(hào)給控制器，經(jīng)控制器邏輯處理后給輸出端口，控制液壓電磁閥及繼電器元件等，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓機(jī)構(gòu)、電纜卷盤(pán)的控制及相關(guān)安全保護(hù)及警示。

另外控制箱面板還設(shè)置有顯示器，調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)時(shí)，可通過(guò)顯示器編程實(shí)現(xiàn)的參數(shù)界面對(duì)整機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)置，用于整機(jī)出廠(chǎng)調(diào)試、系統(tǒng)優(yōu)化及后期部件更換或升級(jí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)岸電電纜輸送現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種船舶岸電電纜輸送車(chē)。電纜輸送車(chē)結(jié)構(gòu)合理、操作方便，有效地解決了岸電電纜從碼頭岸電箱到船舶接電箱的輸送問(wèn)題，降低了工作強(qiáng)度，節(jié)省了成本。目前此設(shè)備已完成出廠(chǎng)調(diào)試，相信很快運(yùn)用到港口中，為岸電的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。