“油改電”輪胎式龍門起重機碳刷智能保護報警裝置

許凱寧

港口大型集裝箱裝卸設備輪胎式龍門起重機（以下簡稱“輪胎吊”）是高耗能的用油設備。近年來，我國港口企業大力開展節能減排工作，其中，用油輪胎吊的高架滑觸線供電改造（即“油改電”）的節能效果突出。“油改電”后，輪胎吊的動力來源由原來的柴油發動機組改為社會電網供電。本文針對“油改電”輪胎吊碳刷狀態監控及維護難點，設計碳刷智能保護報警裝置，保障“油改電”系統穩定、高效運行。

1 “油改電”輪胎吊碳刷工況

輪胎吊實施“油改電”后，集裝箱堆場上方架設三相四線制高架滑觸線供電網絡。輪胎吊通過集電桿與電網連接，集電桿頂端裝有碳刷（見圖1）。在工作狀態下，隨著輪胎吊大車的移動，集電桿頂端的碳刷在高架滑觸線上滑行而日漸磨損。一旦磨損過度，碳刷與滑觸線就會因接觸不良而產生打火現象，從而給滑觸線和設備造成損害，甚至可能導致電網跳電、滑觸線熔斷等重大故障或事故。鑒于此，有必要定期檢查碳刷的磨損情況和工作狀態，及時更換磨損過度或接觸欠佳的碳刷。

2 “油改電”輪胎吊碳刷日常維護難點

高架滑觸線距離地面超過30m，輪胎吊碳刷經集電桿與滑觸線直接接觸，其安裝位置與輪胎吊最高操作平臺的距離約為5m；因此，若要檢查碳刷狀態，必須降下集電桿。為保持碳刷與滑觸線接觸良好，升降集電桿需要克服一定的壓力，單人操作難以完成。可見，人工開展碳刷日常檢查維護的工作環境惡劣，工作強度高，工作量大，且存在嚴重的安全隱患。以寧波舟山港集團有限公司為例，該公司有輪胎吊52臺，僅靠人工檢查和維護碳刷的難度較大。

3 “油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置功能

寧波舟山港集團有限公司研制“油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置的基本思路是：在碳刷特定位置埋藏一根光纖信號線，形成光纖通路；一旦碳刷磨損超過允許值，光纖通路即被切斷，從而引發聲光報警。如圖2所示，“油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置由集電靴頭、碳刷、光纖信號線、光纖轉接器等組成。

“油改電”輪胎吊取電裝置的集電靴頭如圖3所示。靴頭內安裝有碳刷，碳刷和集電靴頭兩側銅片在碳刷最低磨損位置開有直徑為3mm的孔。光纖信號線穿過該孔與光纖轉接器相連，A、B、C和PE等4個靴頭內各安裝1個碳刷，分別與4條滑觸線接觸。A、B、C和PE等4路光纖信號經光纖信號連接線輸入碳刷智能保護板（圖4）上的信號輸入口，通過碳刷智能保護板的可編程邏輯控制器信號輸出接口與“油改電”輪胎吊的可編程邏輯控制器連接。

碳刷智能保護報警裝置的功能主要通過碳刷智能保護板來實現。當碳刷磨損到極限時，光纖信號連接線被磨斷，光纖信號經碳刷智能保護板中的光纖信號輸入單元輸入碳刷智能保護板。該信號經過模塊轉換后，使碳刷智能保護板得到警示信號：碳刷智能保護板上的警示燈由綠色轉為紅色，蜂鳴器發出警示聲；同時，碳刷智能保護板發出信號給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器執行保護程序。值得一提的是，在碳刷智能保護報警裝置模式下，任何一相碳刷磨損均會引發系統報警并執行保護程序。碳刷智能保護板由220V交流電與12V直流電轉換電路供電。

4 “油改電”輪胎吊碳刷智能保護報警裝置的特點及效益

第一，碳刷智能保護報警裝置具有結構簡單、工作穩定、成本低、通信可靠等優點，在對“油改電”輪胎吊碳刷起到安全保護作用的同時，極大提高港口生產安全性。此外，該裝置設計思路新穎，工藝先進，實際使用效果優異，獲得國家實用新型專利。

第二，碳刷智能保護報警裝置解決了依靠人工檢查碳刷狀態所存在的工作量大、勞動強度高等問題，大大改善作業人員的工作環境。

第三，碳刷智能保護報警裝置使碳刷更換更加合理，避免因人工判斷失誤而造成的非必要更換，從而減少資源浪費，降低“油改電”系統運行維護成本。