岸邊式橋式起重機的掛艙保護裝置的應用

張富寬 王先君

摘要：岸邊式橋式起重機在裝卸集裝箱的作業過程中，起重機吊具掛艙事故時有發生，一旦發生掛艙事故瞬間所產生的超負荷起重會給岸橋的金屬結構和運行機構造成嚴重損傷，甚至可能引發鋼絲繩斷裂、橋吊大梁傾覆、小車墜落等惡性事故。人們想出很多方法來避免掛艙事故發生時可能給設備、人身等帶來的損壞。

關鍵詞：岸邊橋式起重機；掛倉；掛倉保護

中圖分類號：TP201

文獻標識碼：A 文章編號：2095-6487 （2018） 01-0042-03

0 引言

岸邊式橋式起重機吊具掛艙（簡稱吊具掛艙）統指在集裝箱作業過程中，因各種原因造成岸橋吊具在起升過程中，與固定物（如船艙集裝箱導槽，固定在船上的集裝箱）發生鉤掛或干涉，造成起升負荷瞬間嚴重過載，對起升機構和岸橋結構施加巨大過載沖擊的非正常狀態。一般人們認為可以利用岸橋起升馬達的力矩保護實現掛倉保護的作用，為什么還要求掛艙保護呢？因為這些保護在起升上升過程中需要考慮沖擊的虛假超負荷，因此設有延時，比如2s才能發出保護指令，但若真的超負荷很大2s的延遲將會出事故。為此又加設只要起重達120%額定載荷時立即驅動斷電，幾毫秒后實現控制斷電。如果此時是掛艙故障，或集裝箱沒有解鎖或吊具沖頂，由于速度很快，將導致起升繩拉力和橋吊負荷急劇增加，危及起重機的安全。本文敘述了目前應用最多的3種掛艙保護方式，并分析了其各自的優缺點[1]。

1 掛艙保護的類型及分析

（1）目前運用較多的掛艙保護系統是和傾轉系統在一起的，功能由位于后大梁尾部的多功能液壓系統執行。這個液壓系統由1個液壓泵站及4個液壓油缸和閥組等組成。液壓油缸與主起升鋼絲繩改向滑輪相連，同時其由內置的位移傳感器監控油缸的伸縮行程，正常工作時通過這4個油缸的組合伸縮可以實現吊具的前后傾、左右傾、左右旋。在油缸上有一個與其連接的壓力閥值觸發裝置便是掛艙保護裝置。當掛艙發生時，由于鋼絲繩的拉力將迅速增大，拉力通過所在滑輪傳導至與滑輪連接的掛艙油缸，導致油缸的壓力也相應地增大。當4個油缸中任何一個油缸壓力達到壓力閥預設值S掛時相應壓力開關動作，該信號傳輸至PLC，由PLC通過邏輯計算緊急停止起升上升，同時溢流閥將打開，使防掛艙油缸收縮吸收機械系統內慣性能量，整個掛艙保護動作在不到一秒時間內完成。掛艙發生后，司機室里的掛艙指示燈亮起，同時會響起警報聲，此時起升機構只能通過旁路旋鈕慢速下降，以釋放鋼絲繩的張緊力。S掛的設定不能設得太小，設得太小，會將正常工作中的載荷沖擊值誤認為掛艙處理。S掛也不能設得太大，設得太大，會導致各相應的部分受力太大。根據分析和使用經驗S掛一般設為S掛-1.56S額或S掛-1.25S額（偏載沖擊） 值得注意的是，這個值不是不可調整的，它與起重機有關抗沖擊能力有關。一般來說在不影響正常工作情況下進行設定，如發現原來的設定值不是在掛艙或不是沖頂時就起作用，則說明設定值太低，應相對將S掛調整大些。

這種掛艙保護裝置的優點是結構簡潔明了，但是掛艙監測功能實時性相對較好，缺點是體量大從而使得維修成本較高而且掛艙故障發生后由于制動器緊急制動驅動部分會有較大的機械沖擊。

（2）由Bubenzer公司開發的利用重量傳感器作為掛艙保護條件的組合保護裝置sOs掛艙保護系統（后面簡稱sOs系統）。首先先介紹SOS系統的掛艙保護的觸發裝置，然后再介紹該觸發裝置其他機構組合掛艙保護的情況[2]。

首先該裝置每個重量傳感器都采用雙通道模式來采集其稱重信號，原理圖如圖1。

由圖l所示其中一個通道的重量傳感器信號直接連接到SOS系統的PLC的模擬量安全模塊上，另一個通道的重量傳感器模擬量信號通過圖中箭頭所示的BROSA模塊快速處理過后連接到與前面同個模擬量安全模塊的不同通道上，這樣兩個通道的模擬量信號其中任意一個達到預設值S掛都會觸發掛艙保護。而且同時BROSA模塊根據采集的重量傳感器信號與模塊中預設的數值進行比較產生一個數字量信號，該數字量同樣傳遞給SOS系統的PLC進行集中處理，這樣就確保了掛艙保護判斷的可靠性，但是這種掛艙保護的判斷存在一定的缺陷就是需要考慮岸邊式橋式起重機起升吊重物突然上升的虛假沖擊超負荷，因此設有一些延時。

2 觸發裝置與起升安全聯軸節組成

安全聯軸節是安裝在起升驅動機構特殊的聯軸節，它和制動器一起來實現掛倉保護，該聯軸節由Bubenzer公司研制而成。該系統以迪拜T3項目為例，如下所示：圖2中（1）為速度傳感器，（2）為安全聯軸節鎖定限位，（3）為掛艙限位，（4）掛艙限位感應盤，（5）為安全聯軸節，（6）為齒輪聯軸節，（7）為高速制動盤，（8）為高速制動器。

正常作業時：受sOs系統PLC控制的起升低速制動器一直打開，高速制動器靠橋吊的主PLC和sOs系統的PLC控制系統聯合控制，當起升機構運轉時制動器打開停止時制動器閉合。當檢測到發生掛倉故障時，安全聯軸節上的安全裝置會把驅動電機和高速制動器及其以后的運轉部位分隔離開，同時高速制動器會由于sOs系統柜內的控制回路切斷電源而緊急制動，與此同時低速制動器會由于液壓油緊急釋放回液壓泵站而也緊急制動，但是整個驅動電機的轉動慣量卻可以通過自由旋轉而自行釋放掉，這樣可以最大限度的降低掛艙故障對于運轉機械結構的沖擊。這時選擇掛艙旁路，通過操作起升手柄就可以打開低速制動器，并慢慢將起升下降到合適的位置直到掛艙故障消失，再用銅錘輕輕均勻的敲擊掛艙限位感應盤，使安全聯軸節恢復為正常模式。圖3中的（1）速度傳感器其作用用來檢測掛艙故障發生后起升在手柄控制下慢速下降時的速度，當檢測到起升下降速度達到100RPM時，SOS會適當增加高速制動器的摩擦力，這樣下降的速度會幾乎保持恒定。當檢測到起升速度達到300RPM時，低速制動器會自動抱死防止集裝箱或吊具墜落。

這種掛艙保護裝置的優點是掛艙故障發生后對整機運轉機械結構的沖擊小，缺點是安全聯軸節部位構造復雜一旦發生掛艙故障需要熟練維修工協助處理影響掛艙故障恢復處理的時間。

3 SOS系統掛艙觸發裝置與傾轉油缸組成

該保護裝置機房內起升電機與減速箱之間的連接與正常連接方式無異，但是掛艙保護系統參與控制傾轉油缸系統，以迪拜Tl項目為例，如圖3所示。

當發生判斷為掛艙故障時SOS系統會立即使得2kl、2k2、2k3、2k4吸合從而使得4個傾轉油缸的2Y1、2Y2、2Y3、2Y4電磁閥立即接通，致使油缸內的液壓油盡快釋放，使防掛艙油缸收縮吸收機械系統內慣性能量，從而使得吊具和集裝箱在重力作用下下降一段距離，司機室里的掛艙指示燈亮起，同時會響起警報聲?；謴蜁r只需要打住旁路開關，慢慢操作起升手柄即可自動恢復正常工作‘朝。

這種掛艙保護裝置的優點是結構簡潔明了，缺點是體量大從而使得維修成本較高而且掛艙故障發生后由于制動器緊急制動驅動部分會有較大的機械沖擊。

4 掛艙保護靈敏性和可靠性

以迪拜T4項目為例，該項目是目前世界上同類起重機中前伸距最大，大車跨距最大，起重重量最大和起重控制方式最為復雜的項目，尤為重要的是該岸邊式橋式起重機還具有遠程自動化的功能。對于這類岸邊式橋式起重機采用了將本文中第1種掛艙保護方式和第2種掛艙判斷方式相結合的掛艙保護。即一方面傾轉油缸自帶壓力閥掛艙保護，另一方面將重量傳感器也作為掛艙保護的條件之一。這樣只要是一個傾轉油缸內的壓力達到閥值S掛或者任意一個重量傳感器信號滿足掛艙保護動作的條件就立即觸發掛艙保護。掛艙保護動作以后同本文2-樣，所有傾轉油缸的回流閥立即接通致使油缸內的液壓油盡快釋放，利用掛艙油缸收縮吸收機械系統內慣性能量，從而使得吊具和集裝箱在重力作用下下降一段距離，掛艙的外界條件自行消失。

5 結束語

隨著智能化技術的不斷進步，尤其是在遠程操作，無人操作和自動化化碼頭日趨流行的大趨勢下，對岸邊式橋式起重機的各種保護性措施的可靠性和實時性要求越來越高，尤其是掛艙保護這種涉及結構性安全的保護越來越引起人們的重視。因此很多研發機構和公司都在努力提高自己產品的技術水平。

參考文獻

[1] 符敦鑒岸邊式橋式起重機[M].武漢：湖北科學技術出版社.2001.

[2]李宗吳，岸橋掛艙保護裝置的分析及計算[J].港口裝卸，2011（4）：25-26

[3] 張衛.集裝箱岸橋吊具掛艙的原因分析及應對措施[J].港口裝卸，2016 （2）：43-45