岸橋吊具電纜卷盤優化升級方法的探討

潘衛華 吳偉明

 （廣州港南沙港務有限公司 工程技術部，廣東 廣州 511462）

摘要：針對岸橋老式吊具電纜卷盤系統存在的問題，探討新型吊具電纜卷盤系統改造的可行性，介紹升級改造工藝，最終達到有效降低其故障率的目的。

關鍵詞：岸橋；吊具電纜卷盤；技術；改造

Research For The Methord Of Upgrading The Quayside Crane Spreader Cable Reel

Pan WeiHua  Wu WeiMing

Nansha Stevedoring CO.,LTD.Of GuangZhou Port.

Abstract: It explores the feasibility of upgrading a new model of Quayside crane spreader cable reel to reduce the failure rate,and provides an example.

Keywords: Quayside Crane; spreader cable reel; technique; upgrade

0. 引言

岸橋吊具電纜卷盤是岸橋運動最頻繁的系統之一，它隨起升動作而動，隨著設備老化，其故障率逐漸升高，通過新技術的引入，對其進行升級改造，是降低該系統故障率的重要手段。

1. 系統介紹及故障表現

岸橋吊具電纜驅動方式主要有兩種，一是采用儲纜筐方式，二是采用電機驅動卷盤方式。儲纜筐方式的優點是結構簡單，缺點是會受到風力、司機操作技術、安裝扭矩等因素影響，作業過程中電纜有時會打結、出筐，出筐后的電纜可能會卡住集裝箱、吊具等部位，有損傷、拉斷電纜風險。2000年后岸橋生產廠家陸續采用電動電纜卷盤方式，相對于儲纜筐，電動電纜卷盤避免了打結、出框等情況，有效地保護了電纜，但其驅動方式，經過多年使用，則容易出現以下幾種常見問題：

（1）老式吊具電纜卷盤采用電機+磁滯聯軸器的形式。電機高負荷長時間運行后故障表現為：電機鍵槽容易磨損，電機繞組相間短路、對地短路，電機制動系統等故障。

（2）老式吊具電纜卷盤使用獨立PLC，未直接進入主PLC。控制方式、通訊方式分散，中間環節過多，故障點多，故障排除時間長。

（3）磁滯聯軸器力矩調整難以量化，要調整到讓電纜不松不緊難度較大，力矩無論偏大或偏小，都容易對電纜造成傷害。

（4）磁滯+變頻驅動“軟連接”的工作特性，上升下降切換過程中，電纜很容易形成“魚鉤狀”（見圖1），容易對電纜造成沖擊，長期運行電纜可能會被拉斷，斷纜一般集中在吊具上架緩沖器處（見圖2、3）。

圖1 吊具電纜在緩沖器上方處“魚鉤狀“          圖2 電纜在緩沖器上方斷裂      

2.改造技術探討

隨著老式吊具電纜卷盤故障率的上升，為了有效地保護吊具電纜，延長其使用壽命，“全變頻驅動”吊具電纜卷盤系統應運而生，國內新出廠岸橋逐步采用此方式。

“全變頻驅動”吊具電纜卷盤工作原理：全變頻驅動吊具電纜卷筒采用的是速度控制、力矩限幅的控制模式，主要由變頻調速電機、制動器、減速箱、卷筒、編碼器等組成。變頻器讀取岸橋吊具實時高速、速度兩路數據，經過計算，輸出一定的扭矩和轉速，并通過電機尾端的編碼器形成閉環控制。隨著起升高度和速度的變化，速度和扭矩也不斷變化，保證電纜能跟吊具速度，減少電纜收到沖擊，延長電纜使用壽命。全變頻驅動對比變頻+磁滯驅動的優點有下列幾個方面（參見表1）：

（1）電纜受到的力矩可變的。而變頻+磁滯驅動方式，磁滯聯軸器所傳遞的扭矩是永磁盤與感應盤間的磁滯力矩，當磁盤間隙一定時該力矩為恒定值。

（2）電纜的跟隨效果好。由于磁滯聯軸器的“軟連接”特性，在高速下降起升切換過程中，電纜跟隨效果肯定不如彈性聯軸器硬連接的全變頻驅動。

（3）電機采用單臺臥式安裝固定底座上，整個系統轉動慣量小。

（4）吊具緩沖器上新增限位開關，掛艙時，一旦吊具緩沖器超出其最大緩沖距離，限位開關觸發，吊具電纜電機緊停。

（5）全變頻驅動能實現電纜速度控制+力矩限幅，保證電纜的跟隨性和受到張力。

（6）維護量小、易損件少了，維護費用降低。變頻+磁滯驅動方式，磁滯聯軸器由于傳遞扭矩大，生產的熱量大，如維護不當，軸承很容易損壞。

表1變頻+磁滯驅動與全變頻驅動比較

3.改造工藝實例

如前文所述，“全變頻驅動”吊具電纜卷盤能避免老式吊具電纜卷盤的問題，在新出廠岸橋上已經得到應用，老式吊具電纜卷盤亦可以因地制宜進行升級改造，一般有兩種方式：一是推到重建，將原有吊具電纜卷盤系統拆除，安裝新的電機、減速箱及卷盤總成，改造較徹底，但成本高。二是保留可利用的部件，如減速箱，卷盤，在老減速箱上安裝新的電機及制動器，優點是成本低，但須保證減速箱的可靠性。下面介紹一則改造實例，供參考：

（1）拆除電纜卷盤，有效綁扎，保留，電纜拆線；

（2）更換新的減速箱，做好新減速箱的排裝；

（3）新減速箱應預留獨立電機及制動器安裝孔，減速箱低速軸安裝法蘭應與舊卷盤一致；

（4）安裝變頻電機及制動器，電機尾端配有增量編碼器；

（5）將舊電纜卷盤安裝到新減速箱上，穿電纜；

（6）新滑環箱接線；

（7）取消原吊具電纜卷盤PLC和變頻器，新增和主PLC系統兼容的變頻器，將現有吊具卷盤I/O直接接入主PLC系統；

（8）增加通訊模塊，保證卷盤變頻器直接和主PLC系統通訊，將所有邏輯程序寫在主PLC中，方便維修時聯機和查找故障。

（9）增加電機增量編碼器線路。

（10）更換新的吊具電纜緩沖器，增加緩沖器限位保護開關線路。

（11）所有機械電氣安裝結束后，進行程序測試，試運行。

圖3 改造后的全變頻閉環控制驅動方式

4.總結

     隨著集裝箱化的進程，岸橋及自動吊具在過去10年已經普及使用，吊具電纜卷盤，作為岸橋起升機構一個隨動系統，使用頻繁，近年大多老式吊具電纜卷盤系統已經進入疲勞期，重復性故障維修給碼頭成本及設備故障率帶來較大影響，本文介紹的“全變頻驅動”改造是較為妥善的解決方法之一，值得廣大設備管理者參考。

第一作者簡介：

姓名：潘衛華      性別：男

職稱:工程師  

從事工作：港口機械設備管理

工作單位：廣州港南沙港務有限公司工程技術部

電話：020-34660621

E-MAIL: panwh@gnict.com

第二作者簡介：

姓名：吳偉明      性別：男

職稱:港口機械工程師  

從事工作：港口機械設備管理

工作單位：廣州港南沙港務有限公司工程技術部

電話：020-34660836

E-MAIL: wuwm@gnict.com

本論文獲得2018年中國港口協會優秀論文獎，已發表于《港口科技》2018年第10期。