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港口電動超高架設計研究

時間:2019-06-11 14:02作者:曼切
本文導讀:這是一篇關于港口電動超高架設計研究的文章,對電動超高架設計思路和產品優勢的簡單介紹, 我們可以想象該產品在未來市場的應用前景相當光明, 再經過一段時間一系列的測試、使用經驗的反饋總結和技術升級 (例如電源形式升級, 充電形式升級) 之后, 相信很有希望完

  摘    要: 電動超高架可以解決傳統超高架配合不同集裝箱吊具使用時的通用性問題, 同時又能提高其使用的安全性和便捷性, 文章就電動超高架的設計思路和產品優勢進行了探討。

  關鍵詞: 電動超高架; 傳統超高架; 旋鎖; 頂銷; PLC; 太陽能充電;

  Abstract: The electric super viaduct can solve the problem of generality when the traditional super viaduct is used with different container cranes, and at the same time, it can improve the safety and convenience of its use. In this paper, the design idea and product advantages of the electric super viaduct are discussed.

  Keyword: electric super viaduct; traditional super viaduct; lock; top pin; PLC; solar charging;

  1 、概述

  隨著碼頭起重設備的增多, 作為集裝箱碼頭作業過程中至關重要的設備———集裝箱吊具, 在需要更新和增添時, 經常會面臨互換性的問題。而本文中提及的超高架, 是特種集裝箱吊具的一種, 英文名Over Height Frame, 專門用于起吊框架箱, 傳統設計的超高架也經常會遇到互換性的問題。

  簡單描述一下傳統超高架, 其實就是在集裝箱吊具基礎上去掉了動力系統、伸縮驅動、開閉鎖驅動和導板機構, 再把旋鎖箱部分向下延伸至2米左右, 甚至2.7米左右。當裝載的貨物高度超出框架箱時, 常規集裝箱吊具就必須掛一個超高架再去起吊框架箱, 由于超高架四條“腿”比較長, 吊架可以避開貨物的高度實現與框架箱角配件的連接。超高架本身不具備伸縮和開閉鎖動作驅動裝置, 其伸縮完全依靠吊具伸縮的帶動, 超高架開閉鎖動作的實現就略微復雜一些, 需要一個激活步驟, 即吊具先提起超高架吊離它的底座, 再將超高架放到底座的激活孔位上, 然后吊具開鎖, 此時超高架的掛鉤會掛上吊具的掛耳, 激活步驟完成, 激活之后超高架的開閉鎖動作會和吊具保持同步。同理, 如果想要超高架脫離吊具, 必須得反向操作一次。在空載狀態超高架連接吊具的時候, 吊具和超高架之間依靠四個角的掛鉤連接。而不同吊具的掛耳位置和尺寸可能存在不同, 此時超高架就會無法通用。

  2 、設計思路

  為了解決超高架的互換性問題, 本文作者提出了電動超高架的設計思路, 并參與設計制作了實物產品, 已投入實際作業中使用, 下面就簡要介紹一下設計思路。

港口電動超高架設計研究

  電動超高架按照功能上大致分為五部分:連接機構, 開閉鎖驅動機構, 控制裝置, 充電裝置, 指示裝置。

  2.1 、連接機構

  基于常規集裝箱吊具旋鎖及旋鎖間尺寸均按照ISO標準執行, 超高架實現通用性就以此為著手點。電動超高架以吊具旋鎖作為連接機構, 取消傳統超高架的掛鉤連接方式。

  2.2 、開閉鎖驅動機構

  采用電機加減速器驅動超高架開閉鎖動作, 為了超高架更加靈便地與吊具連接, 超高架不用傳統的電纜方式供電, 而是采用電池為自身供電, 故電機采用直流電機, 超高架左右兩側各設一套開閉鎖驅動機構, 每套機構用于驅動單側兩套旋鎖。超高架四角每根旋鎖位置同常規吊具一樣, 配備了獨立的頂銷裝置和限位開關檢測裝置, 確保其使用的安全性。

  2.3、 控制裝置

  電動超高架擁有一套獨立的控制系統, 包含PLC、電機控制器和傳感器。PLC是整個超高架大腦, 通過編制好的程序控制整個超高架的動作和狀態指示;電機控制器的作用在于切換開閉鎖電機正反轉, 以及防止機械卡死引起過流造成電機的損壞;傳感器分布在超高架四個旋鎖附近, 用于檢測開鎖、閉鎖、著箱的狀態, 以及超高架連接機構內, 用于檢測吊具旋鎖開鎖和閉鎖狀態。

  2.4、 充電裝置

  前文提到電動超高架的電源取自于自身配備的電池, 由于當前鋰電池技術的局限, 在戶外惡劣環境工況下, 選用能夠勝任的鋰電池組的成本相當高, 故在此配備鉛酸蓄電池較為合情合理。根據計算, 一對70Ah的鉛酸蓄電池組在正常使用頻率下兩年內, 滿電狀態可以提供超高架持續使用八小時。為能方便高效地充電, 電動超高架配備兩組充電裝置, 一組為太陽能充電裝置, 不管超高架在使用作業時, 還是閑置待機時, 只要有足夠的氣候條件, 兩塊總面積一平方米左右的太陽能充電板都能為蓄電池自動充電;另一組充電裝置則是常規的插頭充電, 超高架對角的兩條腿上各有一個插座和顯示屏, 用于連接供電的插頭, 并能夠顯示電量狀態, 充電器內置于超高架控制箱內, 也就是說充電插頭并非電源適配器插頭, 而是普通供電插頭就可以提供電源充電。

  2.5 、指示裝置

  指示裝置是指低功耗型指示燈組, 燈組數量可以根據實際需求配置, 每組指示燈設計為六個指示燈, 分別為四個角的著箱指示、全體開鎖、全體閉鎖的狀態指示。

  有了以上五個部分的硬件構成, 再來簡單介紹一下設計工況: (1) 連接和啟動。超高架左右兩側各有兩套彈簧機構和限位開關組成的檢測裝置, 當吊具落在超高架上閉鎖時, 鎖頭壓縮彈簧裝置使常開的機械限位導通, 常閉的感應限位有感應。此處兩個限位開關雖然都是在吊具閉鎖時被觸發, 但作用是完全不同的, 超高架兩側任一機械限位開關觸發, 都會使控制系統通電;而感應限位則是作為超高架旋鎖的觸發信號。 (2) 伸縮。吊具和超高架正常連接后, 超高架可以跟隨吊具伸縮。 (注意:當超高架有任一頂銷信號或者閉鎖信號時, 不允許司機操作吊具伸縮) (3) 開閉鎖。每當超高架兩側的感應限位都檢測到吊具旋鎖從開鎖到閉鎖時, 控制器輸出指令給電機控制器, 驅動超高架旋鎖動作一次 (開鎖到閉鎖或者閉鎖到開鎖) , 如超高架沒有完全著箱信號, 則不觸發動作指令。為了保護超高架旋鎖電機, 如超高架旋鎖動作在3秒內不到位, 系統自動讓旋鎖回到上一個狀態位置, 如需再次讓超高架旋鎖動作, 需操作吊具重新開鎖再閉鎖一次;如果超高架旋鎖不僅3秒內動作未到位, 而且自動回位也沒能在3秒內到位, 系統會做出保護, 電機停轉, 電機單次動作最多持續3秒。超高架有全部頂銷信號, 但既沒開鎖信號又沒閉鎖信號時, 吊具閉鎖只能觸發超高架旋鎖開鎖動作。 (4) 手動控制。在對角門腿的顯示屏和充電插座位置, 配置分別為POWER On、開鎖、閉鎖、著箱旁路的手動操作按鈕, 用于緊急故障處理和維修調試。即使不連接吊具的情況下, 只要按下POWER ON按鈕, 超高架就會進入通電狀態。超高架在閉鎖狀態時, 按下著箱旁路按鈕, 系統程序判定從按下按鈕起5S內有著箱信號, 所有著箱燈都會亮5秒, 但不能解除頂銷機械聯鎖, 超高架沒有閉鎖信號時, 按此按鈕不起作用。 (5) 休眠和充電。當超高架連續15分鐘沒有檢測到吊具旋鎖動作, 超高架會自動進入休眠狀態, 即控制系統斷電, 指示燈全部熄滅, 門腿電量顯示屏進入省電模式, 但不影響充電裝置正常運作。兩種充電模式不能同時進行, 當手動充電時, 繼電器會關斷太陽能充電系統的回路, 以保護太陽能充電裝置不被反向電流損壞。 (6) 指示燈狀態顯示。每組指示燈由六個燈組成, 分兩排, 排列方式如下:

  黃 (著箱1) -綠 (開鎖) -黃 (著箱2)

  黃 (著箱3) -紅 (閉鎖) -黃 (著箱4)

  雖然只有六個燈, 但能夠顯示多種狀態如表1。

  3、 產品優勢

  電動超高架從結構組成上要比傳統超高架復雜, 制作成本也要高出不少, 那么除了能解決互換性問題之外, 還有如下的價值優勢:

  表1
表1

  (1) 免去了傳統超高架連接吊具用的掛鉤, 掛鉤方式不僅效率低, 掛鉤本身有沒有完全掛住是沒有自動檢測手段的, 也就是說, 在傳統超高架與吊具連接操作時不僅需要人觀察判定連接的可靠性, 而且在使用過程中掛鉤脫出或者損壞極容易發生安全事故。而電動超高架采用吊具旋鎖連接, 其可靠性不言而喻, 是傳統超高架不能比擬的。 (2) 電動超高架擁有吊具一樣的旋鎖和頂銷狀態檢測手段, 而傳統超高架沒法直接檢測其旋鎖狀態, 只能通過吊具的旋鎖狀態推斷超高架旋鎖的狀態, 如果中間連桿出現問題, 根本沒法知曉, 存在很大的安全隱患;傳統超高架沒有直接檢測頂銷的裝置, 也就沒有電氣聯鎖, 安全性上較電動超高架遜色很多。 (3) 傳統超高架必須配合超高架底座才能激活使用, 意味著每次使用起來操作比較繁瑣, 必須兩人以上才能夠完成, 并且需要連同整個底座至使用地點, 客戶購買時也需要同時購買底座, 增加了相應的產品購買成本和運輸成本。而電動超高架使用簡單, 起重機司機單人就能操作, 無需地面人員配合;并且電動超高架可以拆成兩個門架和一根伸縮梁, 組裝方便, 電氣上也采用快速接頭連接, 便于運輸交貨, 運輸成本也低。 (4) 電動超高架具備完善的狀態指示, 比起傳統超高架沒有任何自身狀態檢測, 可謂是進步了很多, 可以有效地避免各種作業中的安全事故發生。

  4、 結束語

  以上是對電動超高架設計思路和產品優勢的簡單介紹, 我們可以想象該產品在未來市場的應用前景相當光明, 再經過一段時間一系列的測試、使用經驗的反饋總結和技術升級 (例如電源形式升級, 充電形式升級) 之后, 相信很有希望完全替代傳統超高架的存在。

  參考文獻

  [1]孫超, 劉善平, 王菲.岸橋伸縮式集裝箱吊具的研究[J].中國水運, 2018 (01) :129-131.
  [2]張延宗, 楊瑞, 賈志平.港口集裝箱吊具的形式和應用[J].集裝箱化, 2007 (09) :8.
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