門(mén)座起重機(jī)一體式旋轉(zhuǎn)吊具水平自動(dòng)糾偏設(shè)計(jì)

王宏鋒 宗新斌 朱曉剛

寧波鎮(zhèn)海港埠有限公司

1 引言

目前門(mén)座起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)機(jī))進(jìn)行集裝箱作業(yè)主要有兩種作業(yè)方式，一是采用簡(jiǎn)易吊具進(jìn)行作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要人工對(duì)吊具進(jìn)行定位，操作難度大，效率較低；另一種是采用一體式旋轉(zhuǎn)吊具，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由操作司機(jī)對(duì)吊具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、對(duì)位開(kāi)閉鎖，作業(yè)效率高，人工強(qiáng)度低。在實(shí)際作業(yè)時(shí)，集裝箱易出現(xiàn)水平偏載情況，吊裝過(guò)程中存在吊具水平不調(diào)平而直接作業(yè)現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)一體式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和起升鋼絲繩造成損傷，且存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。因此需要設(shè)計(jì)一種水平調(diào)平裝置，以提高作業(yè)效率，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 一體式旋轉(zhuǎn)吊具分析

一體式旋轉(zhuǎn)吊具分上下2部分，上半部分是回轉(zhuǎn)平移機(jī)構(gòu)，安裝在吊具下部的滑軌上，上下部分之間安裝1個(gè)液壓油缸推動(dòng)回轉(zhuǎn)平移機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。吊具的開(kāi)閉鎖、伸縮、旋轉(zhuǎn)和左右平移均為液壓驅(qū)動(dòng)。吊具伸縮位置有20 ft、40 ft；轉(zhuǎn)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)采用機(jī)械連鎖型式，單出桿油缸驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)吊具端部有4套轉(zhuǎn)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)，用于起吊集裝箱；在吊具的縱橫向上采用6套擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)活動(dòng)導(dǎo)板，實(shí)現(xiàn)吊具左右平移功能，平移距離為±1 200 mm；吊具可帶載360°回轉(zhuǎn)。

1.液壓油缸 2.回轉(zhuǎn)平移機(jī)構(gòu)圖1 門(mén)機(jī)一體式旋轉(zhuǎn)吊具

吊具可裝卸符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的20 ft、40 ft集裝箱，額定起重量為35 t。主要包括以下部件：底梁主結(jié)構(gòu)、伸縮梁結(jié)構(gòu)、輸纜管裝置、伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)板機(jī)構(gòu)、端部轉(zhuǎn)銷(xiāo)機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)吊鉤裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，上述機(jī)構(gòu)通過(guò)不同的動(dòng)作組合完成不同工況下的集裝箱裝卸作業(yè)。

一體式旋轉(zhuǎn)吊具水平控制，利用平移油缸實(shí)現(xiàn)上下部分的相對(duì)平移動(dòng)作，油缸壓力為中壓11 MPa時(shí)，用于平移伸動(dòng)作；高壓160 MPa時(shí)僅用于平移縮動(dòng)作，平移距離為左右各1 200 mm。左右平移極限位置各有1套限位裝置用于檢測(cè)，平移中間位置安裝水平零位限位，門(mén)機(jī)上安裝歸零按鈕，實(shí)現(xiàn)吊具歸零調(diào)平。但吊裝偏載箱時(shí)并無(wú)作用，操作人員通過(guò)手動(dòng)控制平移的方式，同時(shí)通過(guò)目測(cè)吊具水平狀態(tài)來(lái)調(diào)平吊具，耗時(shí)長(zhǎng)且不精準(zhǔn)，既影響吊具水平糾偏效果，又影響作業(yè)效率。

3 自動(dòng)糾偏改造方案

為解決吊具水平調(diào)平問(wèn)題，在吊具上設(shè)計(jì)一個(gè)水平檢測(cè)裝置，當(dāng)水平傾角超過(guò)一定值后，由操作人員發(fā)出指令，自動(dòng)調(diào)整吊具水平狀態(tài)。

3.1 吊具自動(dòng)糾偏改造

結(jié)合吊具水平糾偏方案，設(shè)置一個(gè)水平檢測(cè)結(jié)構(gòu)，將水平狀態(tài)通過(guò)吊具的PLC系統(tǒng)上傳到門(mén)機(jī)的PLC進(jìn)行水平控制輸出，輸出信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)液壓調(diào)平結(jié)構(gòu)。水平檢測(cè)結(jié)構(gòu)安裝于吊具接線箱內(nèi)，檢測(cè)吊具在水平方向上的傾斜角度；吊具PLC控制結(jié)構(gòu)的輸入端、輸出端分別與水平檢測(cè)結(jié)構(gòu)、調(diào)平結(jié)構(gòu)連接，根據(jù)水平檢測(cè)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)信號(hào)控制調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)動(dòng)作。

水平檢測(cè)結(jié)構(gòu)選用專(zhuān)業(yè)開(kāi)關(guān)型傾角傳感器，具有水平角度設(shè)定功能，根據(jù)實(shí)際情況，水平±2°作為傾角傳感器輸出信號(hào)的限定值，即當(dāng)水平角度超+2°時(shí)，輸出X+信號(hào)；水平角度低于-2°時(shí)，輸出X-信號(hào)。傾角傳感器的X+、X-輸出信號(hào)接入一體式旋轉(zhuǎn)吊具的PLC輸入模塊(見(jiàn)圖2)。傾角傳感器安裝前，將吊具放置在碼頭并保持水平位置，將傾角傳感器與電腦連接，設(shè)定X+、X-輸出的角度值，調(diào)整傳感器安裝角度直至電腦顯示水平角度為0°，固定后將角度開(kāi)關(guān)信號(hào)線接入吊具PLC輸入模塊。

圖2 傾角傳感器與吊具PLC的連接

3.2 自動(dòng)糾偏控制改造

吊具的傾角傳感器信號(hào)(IB12016，IB12017)接入吊具的PLC，由于吊具的PLC系統(tǒng)與門(mén)機(jī)PLC系統(tǒng)通訊關(guān)聯(lián)，同步將信號(hào)導(dǎo)入門(mén)機(jī)的PLC系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蹙咚浇嵌瘸^(guò)限定值、門(mén)機(jī)PLC輸出信號(hào)(OB13002,OB13003)控制水平推動(dòng)油缸的電磁閥線圈，驅(qū)動(dòng)吊具水平推動(dòng)油缸進(jìn)行平移機(jī)構(gòu)移動(dòng)，調(diào)節(jié)吊具水平的PLC程序見(jiàn)圖3。

圖3 吊具水平控制程序

設(shè)計(jì)時(shí)考慮到吊具水平調(diào)整的安全問(wèn)題，如果采用水平糾偏全自動(dòng)控制，當(dāng)水平信號(hào)故障或船體傾斜時(shí)，會(huì)存在吊具水平失控等安全問(wèn)題。因此門(mén)機(jī)上設(shè)定一個(gè)糾偏按鈕，操作司機(jī)按動(dòng)糾偏按鈕(IB20E7)，發(fā)出糾偏指令實(shí)現(xiàn)吊具水平糾偏的控制。實(shí)際應(yīng)用中，由于傾角傳感器對(duì)空吊具水平判斷同樣有效，吊具水平自動(dòng)糾偏裝置同樣可以適用于所述吊具結(jié)構(gòu)在空載時(shí)對(duì)吊具的調(diào)平作業(yè)。

4 應(yīng)用效果

對(duì)2021年6～12月作業(yè)情況分析，應(yīng)用了一體式旋轉(zhuǎn)吊具的門(mén)機(jī)作業(yè)效率由原來(lái)的20 TEU/h增加到21 TEU/h。改造后運(yùn)行1年時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)未損壞(原每年需要更新液壓旋轉(zhuǎn)馬達(dá))，有效解決了門(mén)機(jī)一體式旋轉(zhuǎn)吊具偏載箱作業(yè)不安全和作業(yè)慢的難題，效果改善明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本次改造可以減少集裝箱偏載作業(yè)和意外碰撞，吊裝更安全，提高了一次對(duì)箱的成功率，縮短了吊具水平姿態(tài)調(diào)整的時(shí)間，同時(shí)降低了起升鋼絲繩的損耗和吊具旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的損壞率。