輪胎吊裝卸作業防撞箱系統設計與實現

王　飛　周　強　柳廣良　單　宇

青島前灣集裝箱碼頭有限責任公司

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輪胎吊裝卸作業防撞箱系統設計與實現

王飛周強柳廣良單宇

青島前灣集裝箱碼頭有限責任公司

摘要：根據輪胎吊裝卸作業的實際工況，采用激光測距預判距離的方式，設計了輪胎吊作業防撞箱保護程序，給出了系統設計方案和安裝調試方案，實踐證明可有效避免輪胎吊司機操作失誤引起的撞箱事故。

關鍵詞：輪胎吊；防撞箱；保護程序；碼頭損失

1引言

輪胎式集裝箱起重機(以下簡稱“輪胎吊”)是集裝箱碼頭堆場作業的主力設備。由于集裝箱業務發展迅猛，輪胎吊堆箱的層數也隨之增高。輪胎吊司機由于疲勞、注意力不集中等導致誤判斷、誤操作，集裝箱起升高度不到位，起吊的集裝箱與運動路線上的其他集裝箱發生碰撞，造成箱損、貨損，導致交貨延遲，甚至影響港口聲譽。

2設計方案

2．1集裝箱作業流程

集裝箱作業的流程見圖1。

圖1　集裝箱作業流程

當拖車進入相應的作業位置后，輪胎吊如果不在作業位置，則需首先移動大車到作業位置；如果輪胎吊已經在作業位置上，則可以直接作業。

輪胎吊作業時，放下吊具，吊具4個鎖頭放進集裝箱頂的4個鎖眼中，然后吊具鎖頭旋轉，鎖頭到位后，鎖住集裝箱頂的4個鎖眼，吊起集裝箱到相應的貝位和層高。以圖1為例，要將拖車上的集裝箱調運至D貝位3層高，則吊具調運此集裝箱必須要越過A、B、C3個貝位的集裝箱。

2.2設計思路

撞箱事故的發生，主要是因為輪胎吊所吊的集裝箱低于運動方向上的集裝箱高度。因此，為防止撞箱事故，需要實現輪胎吊所吊的集裝箱不能低于運動方向上的集裝箱高度。因此根據集裝箱頂部的特點，在輪胎吊小車平臺前后各安裝一個漫反射激光檢測開關,位置見圖2，具有一路4-20 MA電流模擬量輸出，輪胎吊司機室PLC柜增加模擬量輸入模塊一個，在PLC程序中將起升高度H1、小車速度J及激光測距儀感應的集裝箱實際高度H2進行運算和比較(見圖3)。

圖2　激光探頭設定位置

圖3　H1、 H2、 H3示例

H1:吊具起升高度,此數值為起升編碼器數值；H2:經過路線上的箱高，此數值為激光測距儀測定數值；H3:吊具上的箱子高度。

2.3功能實現

在系統程序中,比較H1-H3的值與H2的值的大小。國際標準普通集裝箱高度為2 591 mm (8.5 ft),超高箱為2 896 mm (9.5 ft),考慮到不同的箱高，取最高箱數值，設定為2 900 mm,并且保證有一定的安全余量，實際設定的安全余量為200 mm。

在實際運行中，有空吊具和吊運集裝箱2種工況。

2.3.1空吊具

空吊具時，系統通過檢測到吊具開鎖信號，判斷吊具為空吊具，沒有吊運集裝箱，則H3為0。

(1) 防撞箱功能不啟動。當H1-0-200>H2時，此時，吊具底部高于運動方向的箱高，則防撞箱功能不啟動，系統工況不變。

(2)防撞箱功能啟動。H1-0-200

2.3.2吊運集裝箱

取最高集裝箱高度2 900 mm。

(1)防撞箱功能不啟動。當H1-2 900-200>H2時，此時，吊運箱子底部高于運動方向的箱高，則防撞箱功能不啟動，系統工況不變。

(2)防撞箱功能啟動。H1-2 900-200

2．4防撞箱功能啟動時的工況

(1)小車在水平方向設置減速區和停止區，見圖4。

圖4　減速區和停止區的設定

目的：用以防止吊具及吊箱在水平運動過程中，當吊運箱子底部沒有超過運動路線上擺放的箱子時發生碰撞。

功能描述：空吊具或所吊箱邊緣進入A區域時，即系統檢測到吊具或所吊箱的底部低于運動路線上的箱高時，小車開始減速至10%。

為了兼顧作業效率，在減速到10%后，吊具移動到B位置，系統再次測算一下運動方向上的箱高，如果吊具或所吊箱底部依然低于運動方向上的箱高，則繼續減速直至停止。如果吊具或所吊箱底部高于運動方向上的箱高，則防撞箱功能關閉，可以正常作業。為了方便司機找小鉤短時移動小車，當小車水平運動停止后，小車手柄需回零，回零后可進行點動操作，每次點動最多可持續3 s。

這樣吊具及吊箱在水平運動過程中，當起升高度超過運動路線上擺放的箱子高度加上一定安全距離后，小車才可達到額定速度，小車在遠離目標箱時不受減速區的限制。

(2)小車在一二層設置半減速區，見圖5。

圖5　半減速區的設定

目的：空吊具或吊箱底部在6 m以下，小車水平方向速度最大只有50% 額定速度，防止吊具及吊箱在1-2層時因啟動防撞箱功能擺動幅度過大發生碰撞。

功能描述：從小車平臺到地面高度為25 m左右，吊具高度在1-2層高時，如果遇到小車突然停止運動，其擺動幅度很大，易與目標箱運動路線上的箱碰撞。所以設定當空吊具或所吊箱的底部在場區內6 m(2層箱高度加上0.2 m的安全距離)以下的范圍水平移動時，最大速度只能為50% 額定速度。

3安裝及調試過程

3．1安裝要求

激光測距儀安裝位置需保證光點垂直向下。

(1) 橫向,即大車運行方向。只需在吊具鋼絲繩里側任意位置即可，這樣20 ft或40 ft集裝箱均可檢測到。

(2)縱向，即小車運行方向。本機原小車運行速度為70 m/m(銘牌上標識)即7/6(m/m)，減速時間3 s。

小車從全速減速至停車距離為：

在場地上兩個箱位間約為150 mm左右，所以前保護激光測距儀選擇的安裝位置為吊具導板前1.6 m左右，后退檢測激光測距儀位置同理。

該位置的選擇需要兼顧效率和安全，安裝太靠前會導致即使在慢速時，保護動作仍過早觸發，致使小車過早減速，影響作業效率；安裝太靠后又不能防止小車全速時突然停止動作后與運動路線上的箱子發生碰撞，同時還要考慮激光檢測本身的濾波時間以及制動器自身機械抱閘滯后及慣性導致的滑行距離等因素。

3．2安裝位置

(1)小車架安裝的前激光測距儀裝置位置，見圖6。

圖6　小車架前部激光探頭

圖6左邊為地面仰視拍攝的前部激光探頭，右邊為小車架向下拍攝前部激光探頭。

(2)小車架安裝的后激光測距儀裝置位置如圖7所示。

圖7　小車架后部激光探頭

圖7左邊為小車架向下拍攝的后部激光探頭，右邊為地面仰視拍攝的后部激光探頭。

3．3調試

首先需要取得2個高度值。

(1)起升凈高度。開鎖狀態，為起升高度值,即起升編碼器的值；閉鎖狀態，為起升高度值減去集裝箱高度(取超高箱高度2 900 mm)。

(2)吊具前方集裝箱高度。激光4-20 MA信號接入模擬量模塊，通過斜線關系程序可算得實時高度。起升凈高度低于運動方向集裝箱200 mm時，防撞箱保護功能觸發。此時首先濾波0.1 s消除激光可能發生的誤動作，小車逐漸減速至額定速度的10%，判斷防撞箱功能啟動條件是否滿足，如依然滿足，則繼續減速直至小車停止。如果在減速過程中司機發現吊具或吊具高度低于運動路線上箱高而起升吊具，系統檢測到防撞箱功能啟動條件已不滿足，則該功能關閉，工況恢復正常操作。

在保留原有小車速度參數的情況下，全速下測試小車停下的位置仍會發生有限幅度的撞箱。經多次現場檢測，最終調試的數據為，小車全速的減速時間降為2.2 s，閉鎖狀態時小車最高速度降為額定速度的75%，開鎖狀態時小車最高速度降為額定速度的85%。這樣全速下防撞箱保護后，吊具下集裝箱減速停止后的位置距離前(后)方100 mm左右。

在起升凈高度低于4.8 m時，小車最高運行速度限制在額定速度的50%，避免防撞箱功能啟動后晃動過大撞箱。在實際操作中，這個高度的作業通常是在吊一個箱子過地面的另一個箱子。另外吊具實際高度為3.2 m以下時，即一層箱高度時候，取消防撞箱功能。

為了防止激光異常或其他原因可能造成此功能影響作業，在司機室設置防撞箱旁路轉換開關，可選擇取消此功能。

4結語

經過設計安裝后，輪胎吊裝卸作業防撞箱功能在一些危險時段，如中午、凌晨等司機精神容易疲勞時起到了很好的保護作用，避免了司機因誤操作造成箱損和貨損，確保了輪胎吊裝卸過程的安全，為客戶提供了安全優質服務。

柳廣良： 266550，青島市黃島區前灣港奮進四路

Design and Realization of Container Anticollision System in RTG Handling Operation

Qingdao Qianwan Container Terminal Co.,Ltd.Wang FeiZhou QiangLiu GuangliangShan Yu

Abstract：According to the actual working condition of rubber-tyred gantry (RTG) handling operation, the method of laser distance measurement is used to design the container anticollision protection program. The saver can effectively avoid the container collision accident caused by the RTG operator misoperation.It can not only reduce the economic losses of the port, but also can avoid the influence caused by the damage of the port′s reputation.

Key words:rubber-tyred gantry；container anticollision；protection program；terminal loss

收稿日期：2015-12-21

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.004