輪胎式集裝箱龍門起重機小車拖鏈系統(tǒng)改造技術(shù)

李俊辰

（遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司,遼寧 營口 115007）

拖鏈系統(tǒng)屬于被動式傳輸系統(tǒng),拖鏈的運行依靠運行機構(gòu)的牽引提供動力。因為無需增加控制設(shè)備,所以拖鏈的設(shè)計安裝方便,系統(tǒng)維護簡單。由于電纜在拖鏈中有序排列,避免了二合一或三合一電纜的使用,最大程度的降低了電纜更換和維護的成本和風險。特別在拖鏈改造項目中,由于設(shè)計安裝方便,無需額外提供牽引動力,改造優(yōu)勢明顯。

1 實際應(yīng)用

遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司（以下簡稱公司）現(xiàn)有場橋44 臺,各設(shè)備投產(chǎn)時間見表1。小車供電、通訊傳輸系統(tǒng)均采用拖令系統(tǒng),實現(xiàn)電氣房與小車機構(gòu)、起升機構(gòu)之間的供電、控制和通信等功能。公司早期購置的場橋使用年限已超過十年,盡管每年進行2次保養(yǎng),但包括拖令電纜、拖令小車及其附件等拖令系統(tǒng)整體老化明顯,在日常使用中故障率明顯增加,維保成本不斷提高,安全風險難以有效控制。公司計劃根據(jù)小車拖令的使用時間以及使用狀況分批對目前使用的拖令系統(tǒng)進行升級改造。在廣泛參考國內(nèi)各個港口的使用情況后,公司決定選擇4 臺場橋進行拖鏈系統(tǒng)改造,如改造效果達到預(yù)期,將根據(jù)現(xiàn)有拖令使用情況逐步對其余場橋進行拖鏈系統(tǒng)升級改造。

表1 公司現(xiàn)有場橋投產(chǎn)時間表

2 傳輸方式

輪胎式集裝箱龍門起重機(以下簡稱場橋)是傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場管理的重要組成部分,是集裝箱裝卸和堆碼作業(yè)的專用特種機械設(shè)備,承擔了堆場內(nèi)主要的集裝箱的裝卸、堆碼工作。如圖1 所示,遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司（以下簡稱公司）場橋主體鋼結(jié)構(gòu)為門型結(jié)構(gòu)；大車運行機構(gòu)主要包括輪胎、大車電機、動力傳動系統(tǒng)等組成,通過平衡梁與主體鋼結(jié)構(gòu)相連。大車運行機構(gòu)可使場橋在場區(qū)內(nèi)運行,尋找目標貝位,并能實現(xiàn)90°直角轉(zhuǎn)向,使場橋可以從一個場區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個場區(qū)；小車運行機構(gòu)通過在主體鋼結(jié)構(gòu)大梁上方鋪設(shè)的小車軌道,使裝有集裝箱吊具的行走小車沿主梁軌道行走,進行集裝箱裝卸和堆碼作業(yè)；起升運行機構(gòu)通過在小車平臺上安裝的起升電機對吊具進行起降作業(yè)；吊具通過開閉鎖以及20 尺和40 尺伸縮調(diào)節(jié)等動作,對目標集裝箱進行鎖定操作。

圖1 輪胎式集裝箱龍門起重機簡圖

場橋小車機構(gòu)運行在場橋大梁上的小車軌道上,場橋司機根據(jù)作業(yè)指令可將小車運行到指定排位,通過吊具進行集裝箱裝卸和堆碼作業(yè),是場橋的主要執(zhí)行機構(gòu)之一,使用十分頻繁。小車機構(gòu)的可靠、穩(wěn)定運行直接影響場橋設(shè)備的出勤效率,甚至影響整個碼頭的生產(chǎn)裝卸效率。由于場橋小車整體運行在場橋大梁上,場橋小車與場橋主體鋼結(jié)構(gòu)處于相對分離的狀態(tài)。小車的供電、通信需通過主體鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的電纜進行供電,所以在小車正常運行時供電、通信電纜需時刻跟隨小車運行。由于小車的供電、通信電纜一直處于跟隨運行狀態(tài),所以需在滿足小車供電、通信可靠的前提下,選擇一種合適的小車供電傳輸方式。如圖2、圖3 所示,目前,在場橋上應(yīng)用最多的小車供電傳輸方式主要有兩種,拖令系統(tǒng)傳輸方式和拖鏈系統(tǒng)傳輸方式。

圖2 拖令系統(tǒng)傳輸方式

圖3 拖鏈系統(tǒng)傳輸方式

3 結(jié)構(gòu)形式

3.1 拖令系統(tǒng)傳輸方式

目前,普遍應(yīng)用于橋吊的拖令系統(tǒng)傳輸方式有兩種,主動式和被動式。兩種運行方式的傳輸原理相同,都是將供電電纜和通訊電纜通過電纜夾懸掛固定在各個拖令上,隨拖令一起沿拖令軌道運行。不同之處在于主動式拖令系統(tǒng)增加了電動拖令,在小車高速運行工況下,可減少小車電纜承受的牽引力,起到保護小車電纜的作用,可應(yīng)用在小車速度要求較高的作業(yè)環(huán)境中。

3.1.1 被動式拖令傳輸系統(tǒng)。如圖4 所示,被動式拖令傳輸系統(tǒng)主要由頭令、中間令、電纜夾、電纜、橡皮繩、鋼絲繩、緩沖塊、尾令等組成。頭令安裝在主小車牽引臂上跟隨小車運行,為拖令系統(tǒng)的運行提供牽引動力。尾令安裝在整個拖令軌道尾部,不隨頭令提供的牽引力運行,為拖令電纜提供尾部支撐。普通令的數(shù)量根據(jù)拖令電纜的長度確定,均勻安裝在頭令與尾令之間的拖令軌道上,在頭令的牽引下跟隨運行。電纜夾均勻安裝在整條拖令電纜之間,用于固定電纜將電纜有序排列在一起。緩沖塊安裝在拖令上,減少拖令之間撞擊對拖令造成損傷。兩個拖令之間安裝有橡皮繩和鋼絲繩,用于在拖令系統(tǒng)運行時起到緩沖和保護拖令電纜,防止拖令電纜受拉損壞。

圖4 無電機驅(qū)動式拖令簡圖

3.1.2 主動式拖令傳輸系統(tǒng)。如圖5 所示,主動式拖令傳輸系統(tǒng)與被動式拖令傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)相似,都由頭令、中間令、電纜夾、電纜、橡皮繩、鋼絲繩、緩沖塊、尾令等組成。不同之處在于,主動式拖令傳輸系統(tǒng)增加了電動拖令,可以依靠拖令馬達自主提供動力。在小車高速運行的情況下,特別是小車速度大于或等于210m/min,對拖令電纜具有更好的保護作用。

圖5 有電機驅(qū)動式拖令系統(tǒng)簡圖

3.2 拖鏈系統(tǒng)傳輸方式

如圖6 所示,拖鏈系統(tǒng)主要由浮動牽引頭、電纜、光纜、拖鏈和不銹鋼導(dǎo)向槽等組成。不銹鋼導(dǎo)向槽一般沿小車軌道方向固定在橋吊大梁上,使拖鏈整體運行在導(dǎo)向槽內(nèi)。拖鏈靠近大梁進線端為拖鏈的固定端,靠近小車端為拖鏈的移動端。通過小車運行提供的牽引力,無需額外的動力,移動端將牽引拖鏈進行移動。拖鏈內(nèi)部可根據(jù)設(shè)備要求有序布置電纜、光纜等傳輸管線。移動端安裝有浮動牽引頭,可保障拖鏈不受小車影響穩(wěn)定運行在導(dǎo)向槽內(nèi)。隨著拖鏈技術(shù)的不斷進步,拖鏈狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用在拖鏈系統(tǒng)中。通過在整個拖鏈中安裝狀態(tài)監(jiān)測傳感器,實時監(jiān)控拖鏈的受力情況,如果檢測到拖鏈受力超過額定數(shù)值,狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將立刻發(fā)出信號,使小車機構(gòu)立即減速、停車,保護拖鏈避免拖鏈內(nèi)的電纜、光纜被拉斷。

圖6 拖鏈系統(tǒng)簡圖

4 安裝工藝

4.1 拖令系統(tǒng)傳輸方式

主動式和被動式拖令傳輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)形式相似,對安裝工藝要求較高。由于拖令需安裝在拖令軌道上,所以拖令軌道的平整度和直線度直接影響拖令系統(tǒng)的安裝。在安裝拖令系統(tǒng)之前需對拖令軌道進行專業(yè)檢測,確保滿足拖令系統(tǒng)的正常安裝。在拖令系統(tǒng)的安裝過程中,電纜、光纜在拖令上的排放順序,拖令鋼絲繩、橡皮繩的安裝,普通拖令小車水平輪的間隙調(diào)整等,都對安裝工藝有較高的要求。主動式與被動式拖令傳輸系統(tǒng)區(qū)別較大之處在于增加了電動拖令,此特殊之處需在實際安裝中特別注意。在確認拖令電纜長度上,一般情況下需提供小車機構(gòu)總行程的1.1-1.15 倍的拖令電纜長度。垂直方向上需提供大約4 米的安裝空間。

4.2 拖鏈系統(tǒng)傳輸方式

拖鏈槽作為存放拖鏈的部件,與拖令軌道一樣需要較高的安裝工藝。拖鏈槽所有螺栓需用扭力扳手以額定扭矩緊固,拖鏈槽安裝完畢后其直線度、水平度、內(nèi)寬及其中心線需與小車軌道的平行度的偏差保持在規(guī)定范圍內(nèi)。拖鏈的安裝需從橋吊大梁的進線處向小車牽引端進行,嚴格控制拖鏈在拖鏈槽內(nèi)的左右間隙,并避免拖鏈與拖鏈槽之間產(chǎn)生摩擦。浮動頭安裝后的水平度應(yīng)與拖鏈槽中心線的平行度保持在同一水平。拖鏈內(nèi)固定的電纜、光纜等傳輸管線應(yīng)根據(jù)管徑的大小、不同管線的分類、載荷的平均分布等合理布置,不能出現(xiàn)在拖鏈內(nèi)纏繞的情況。專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計要求完成拖鏈安裝后,將對拖鏈系統(tǒng)進行運行調(diào)試。在調(diào)試初期,需保持小車低速運行,觀察拖鏈的運行情況,如發(fā)現(xiàn)問題,及時將小車停止運行,確保拖鏈系統(tǒng)的安全。在確認拖鏈電纜長度上,一般情況下需提供小車機構(gòu)總行程一半的拖令電纜長度。垂直方向上需提供大約0.8 米的安裝空間。

5 特點對比分析

拖令系統(tǒng)傳輸方式已廣泛應(yīng)用在國內(nèi)港口橋吊小車機構(gòu)上,經(jīng)過技術(shù)的不斷革新與發(fā)展。目前在技術(shù)水平成熟度、兼容性、整體運行可靠性上均已達到工業(yè)級水平。隨著拖鏈系統(tǒng)的功能和技術(shù)不斷成熟,現(xiàn)已逐漸替代拖令系統(tǒng)成為小車供電、通訊傳輸?shù)淖顑?yōu)解決方案。表2 為拖令與拖鏈傳輸方式的特點對比。

表2 拖令系統(tǒng)與拖鏈系統(tǒng)特點對比

6 實際應(yīng)用對比

遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司計劃對4 臺場橋原拖令系統(tǒng)進行改造,經(jīng)過實際對比分析如表3 所示。

表3 拖令系統(tǒng)與拖鏈系統(tǒng)實際對比分析

根據(jù)以上分析,公司最終擬采用拖鏈系統(tǒng)對原拖令系統(tǒng)進行升級改造,4 臺場橋拖鏈改造總費用不超過100萬元人民幣。

本文通過對拖令系統(tǒng)與拖鏈系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式、安裝工藝、特點對比三方面的比較分析,了解了兩種傳輸方式各自的優(yōu)缺點,結(jié)合此次公司場橋小車拖令改造的實際情況,最終確定采用拖鏈式動力傳輸系統(tǒng)作為此次改造的最佳方案。雖然拖鏈系統(tǒng)改造費用高于在原拖令系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行改造,但從碼頭設(shè)備的可靠運行和后期維護成本綜合分析,采用拖鏈系統(tǒng)更適合現(xiàn)階段場橋改造要求。