伸縮式電磁吊具設(shè)計及應(yīng)用

溫宏杰 王磊 趙杰 法磊 盧全偉

山東港口集團(tuán)青島港董家口分公司 山東青島 266000

在港口裝卸中，為實現(xiàn)人機(jī)分離，提高裝卸作業(yè)安全系數(shù)，普遍使用電磁吊具進(jìn)行盤元、圓鋼、鋼板等貨種裝卸作業(yè)，但目前傳統(tǒng)電磁吊具框架為固定式，僅適用于指定規(guī)格的盤圓、較短的五金貨種裝卸作業(yè)，無法進(jìn)行長于6米的圓鋼、螺紋鋼等長五金貨種裝卸作業(yè)。目前在港口行業(yè)，長五金貨種進(jìn)行市入和市提作業(yè)時，仍采用“吊車+工人”人機(jī)配合作業(yè)模式，這種人機(jī)配合作業(yè)模式至少需要4名裝卸工與吊車進(jìn)行頻繁、密切配合[1]。

1 伸縮式電磁吊具設(shè)計

首先針對電磁吊具無法伸長問題加以研究，對原有電磁吊具下方吊具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加電機(jī)加渦輪蝸桿，從而達(dá)到吊具伸縮功能，使得電磁吊具最長可伸縮到10米，可同時兼顧6-12米H型鋼、單支圓棍、鋼板、螺紋鋼等長五金裝卸作業(yè)。另外為解決正面吊卸高邊車過程中，司機(jī)無法觀察到高邊車內(nèi)部的狀況，有較大視線盲區(qū)的難點，在吊具四個角增加全覆蓋攝像頭，可以清晰拍攝到高邊車內(nèi)部場景，同時創(chuàng)新使用無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)，將信號傳輸至駕駛室顯示器，司機(jī)在駕駛室內(nèi)就可以直接觀察到現(xiàn)場作業(yè)狀況，提高了作業(yè)效率，提升了作業(yè)安全系數(shù)，同時減少監(jiān)護(hù)工人使用，大大降低了人機(jī)配合帶來的風(fēng)險。

1.1 伸縮式電磁吊具結(jié)構(gòu)

（1）電機(jī)+渦輪蝸桿：電機(jī)選用高效率三相異步電動機(jī)，選用的電機(jī)具有低能耗、低噪音、高效率、高精度的特點，同時內(nèi)部使用純銅線圈，配有冷軋硅矽鋼片，有較好的韌性、承受力和耐磨性；一次成型保證高精度低誤差，采用高強度精鋼壓鑄，壽命比一般軸承長，在使用軸承活動時，摩擦系數(shù)低，有高靈活關(guān)節(jié)等特點。

（2）全覆蓋攝像頭：選用半球式高清攝像頭，輸出分辨率達(dá)到高清畫質(zhì)；兼有紅外技術(shù)，能保證無燈光環(huán)境下紅外夜視；采用POE線連接，穩(wěn)定可靠。

（3）吊梁框架：吊梁長度6米，上掛孔4個，下吊點4組；承載額定重量30噸，材料為Q345的鋼材。

（4）發(fā)電機(jī)組：此電磁吊具發(fā)電機(jī)組具有整機(jī)超載過載保護(hù)功能，同時在外部能直觀觀察到輸出指示燈、燃油表、電流表、電壓表、機(jī)油壓力表、燃油低位報警燈及報警裝置。發(fā)電機(jī)組滿足室外作業(yè)要求，發(fā)電機(jī)及其配電箱防護(hù)等級高于IP65，工作溫度能夠適應(yīng)港區(qū)環(huán)境溫度。

（5）電磁鐵：電磁鐵組采用電磁鐵聯(lián)吊方式。井架式吊梁下方設(shè)置4組電磁鐵吊耳用于懸掛4臺電磁鐵，吊梁伸縮總長度為8米，中間2臺電磁鐵中心間距2.5米固定懸掛，左右2臺電磁鐵采用電動伸縮吊具。吸吊6米長物料時，吊具電動控制縮短至6米，可吸吊6米內(nèi)長五金物料，吸吊9-12米長物料時，吊具伸至8米，吸吊9-12米長物料。

（6）電控柜：整流柜與充電柜都是不銹鋼材質(zhì)，并且為一體化設(shè)計，減少安裝所占用空間；電控柜整流變壓器為西門子品牌，充磁消磁所有動作全部在駕駛室控制，具備貨物吊裝可以強弱磁轉(zhuǎn)換功能，調(diào)磁功能可從0-250V無級調(diào)節(jié)實現(xiàn)調(diào)節(jié)磁力大小。

備用電源采用高性能酸性免維護(hù)電池一組，具有密封性能好、自放電率低、使用壽命長、溫度范圍廣、免維護(hù)的特點；充電部分采用全自動一體化充電機(jī)，“強充”“浮充”自動轉(zhuǎn)換，和過流、過充、過放保護(hù)功能。所有單體蓄電池具有多功能巡檢監(jiān)測蓄電池組，蓄電池電壓、電流、內(nèi)阻、溫度等狀態(tài)在線監(jiān)測，配備液晶屏顯示。

停電保磁安全可靠，輸入電壓交流380V，輸出電壓直流220V，輸出功率≥55kW，充退磁時間≤3s，停電保磁時間≥30min，當(dāng)電磁盤處于工作狀態(tài)時若遇停電或電路故障，控制系統(tǒng)能100%自動切換備用電源投入供電，同時發(fā)出聲光報警，保證被吸吊物不會落下[2]。

1.2 伸縮式電磁吊具特點與應(yīng)用

我們設(shè)計研發(fā)并制作的可伸縮電磁吊具，其特點就在于電機(jī)傳動加蝸輪蝸桿，我們采用電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動齒圈與蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動，由渦輪帶動鏈條運動，從而實現(xiàn)吊具梁的伸縮功能。渦輪與蝸桿是用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力裝置，渦輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)，相交于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似，蝸桿齒數(shù)小，單級傳動就可以獲得較大傳動比。蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，震動和沖擊的噪音很小。兩輪嚙合齒面為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可以實現(xiàn)反向自鎖，只能蝸桿帶動渦輪，而不能有渦輪帶動蝸桿，自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)安全保護(hù)作用。

伸縮式電磁吊具已完成設(shè)計與制作過程，在設(shè)計制作過程中，通過無數(shù)次的調(diào)試，對各部器件相互之間配合動作、各器件的最佳位置進(jìn)行調(diào)整，并多次模擬現(xiàn)場實際生產(chǎn)狀況，進(jìn)行空載、重載負(fù)荷測試，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，目前已投入現(xiàn)場實際生產(chǎn)作業(yè)中。在生產(chǎn)作業(yè)中，伸縮式電磁道具能夠較快調(diào)整吊具之間的間距，能保證在吸吊6米長物料時，吊具電動控制縮短至6米，可吸吊6米內(nèi)長五金物料，包括盤元、短五金件。在吸吊9-12米長物料時，吊具可以伸至8米，吸吊9-12米長物料，包括6-12米H型鋼、單支圓棍、鋼板、螺紋鋼等長五金。

2 經(jīng)濟(jì)效益

采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金吊裝作業(yè)，可以減少傳統(tǒng)“吊車+人工”人機(jī)配合的作業(yè)模式，節(jié)省作業(yè)中的調(diào)頭、穿鋼絲扣、上下車等輔助環(huán)節(jié)，提高效率，減少輔助作業(yè)人員，綜合節(jié)省成本顯著[3]。

（1）人工成本：采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金作業(yè)，相對于傳統(tǒng)作業(yè)模式，可以節(jié)省4名卸車工人成本，每年約節(jié)省40余萬元。

（2）材料成本：采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金作業(yè)，可以節(jié)省傳統(tǒng)作業(yè)模式中的各類材料消耗，包括吊車的鋼絲繩、鉤頭等材料，經(jīng)過詳細(xì)測算，每年可節(jié)省費用約為8萬。

（3）能源成本：正面吊作業(yè)效率240（t/h）、油耗30（L/h），吊車80（t/h）、油耗15（L/h），作業(yè)效率可以提升300%，按照煤每年度120萬噸長五金作業(yè)量計算，可節(jié)省燃油費用4萬元。

綜合核算，改造后每年可節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本約52萬元。