門座式起重機起升機構(gòu)改造的幾點探究

白雪松

摘 要：門座式起重機在碼頭作業(yè)中有著至關(guān)重要的作用，近年來，我國對外貿(mào)易逐步發(fā)展，碼頭車船裝卸作業(yè)量也在不斷提升。但是，門座式起重機的起升機在實踐中卻呈現(xiàn)出了一定的問題，為提高門座式起重機起升機結(jié)構(gòu)可靠性、合理性、科學(xué)性、安全性，本文對門座式起重機起升機構(gòu)造改造進行了探討，以期為相關(guān)從業(yè)者提供有效參考。

關(guān)鍵詞：門座式起重機；起升機構(gòu)；機構(gòu)改造；PLC；卷筒

門座式起重機是港口裝卸業(yè)務(wù)的主要設(shè)備，該設(shè)備的可靠性、運作效率就直接決定了港口業(yè)務(wù)效率。目前，門座式起重機已經(jīng)全面取代了傳統(tǒng)的人工裝卸搬運，而日益上升的作業(yè)量，就對門座式起重機的性能提出了新的要求。

一、門座式起重機電控系統(tǒng)改造

（一）PLC技術(shù)改造

門座式起重機起升機構(gòu)可利用PLC技術(shù)改造其電控系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。相較于傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，PLC的可靠性、適應(yīng)性更強。如青島港自主設(shè)計制造的岸邊雜貨起重機，該門座式起重機起重能力為25T，采用安川全變速交流調(diào)速系統(tǒng)，有著電氣調(diào)速、計算機管理、性能控制等功能，控制人員通過觸摸屏就可查看到設(shè)備運作狀態(tài)以及故障狀態(tài)，該設(shè)備起升機構(gòu)由支持機構(gòu)、開閉機構(gòu)兩個部分組成，采用YZP355M1-8M160KW變頻電機，采用安川CP-316H PLC，采用VS616G7A變頻器，能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍的無極調(diào)速，并能夠自由的設(shè)置加速時間、減速時間。PLC在門座式起重機起升機構(gòu)電控系統(tǒng)改造中得到了廣泛應(yīng)用，PLC需要和變頻調(diào)速器相互結(jié)合，實現(xiàn)自動化控制。岸邊雜貨起重機就不失為一個成功的案例，不僅實現(xiàn)了自動化控制，同時也提高了設(shè)備優(yōu)化管理、監(jiān)控水平，簡化了設(shè)備控制過程，提高了設(shè)備控制精確性[1]。

（二）PLC控制改造案例

門座式起重機電控系統(tǒng)改造對可靠性的要求較高，控制任務(wù)較為繁重，故需要利用PLC技術(shù)來實現(xiàn)門座式起重機起升機構(gòu)智能化改造。如，可將PLC作為技術(shù)核心，選擇SIEMENS S7-300PLC，選用CPU314來負責處理系統(tǒng)信息。在該系統(tǒng)中，操作人員只需要在控制臺上控制，就可完成相應(yīng)的動作請求，由數(shù)字屏產(chǎn)生的信號，經(jīng)過數(shù)字量輸入模塊進入PLC，同時反映各個設(shè)備狀態(tài)的主要檢測信號也可進入PLC，操作人員在操作臺上就可觀察到設(shè)備運作實際情況[2]。如圖1所示PLC通過數(shù)字量輸出模塊將信號接到變頻器I/O端子，通過模擬量輸出模塊將速度信號接到I/O端子，各種信號也可將設(shè)備信息接到PLC中，這樣PLC就可通過變頻器來反映電機運作情況。

圖1.PLC系統(tǒng)控制圖

門座式起重機起升機構(gòu)運作穩(wěn)定性，直接關(guān)乎著碼頭作業(yè)效益，故必須實現(xiàn)對電機啟停的嚴格控制，對此，可利用脈沖編碼接口模塊NTAC-02來獲取更高的控制精度，裝在電機旋轉(zhuǎn)軸上的PG脈沖編碼器，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器，變頻器就可根據(jù)PLC指令來調(diào)整電機速度，從而實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。在門座式起重機起升機構(gòu)中，控制任務(wù)較為簡單，幾乎所有控制任務(wù)都是通過開閉斗繩、支持繩來實現(xiàn)的，故可分別利用兩個電機來驅(qū)動開閉斗繩、支持繩的控制[3]。

二、門座式起重機減速箱改造

（一）案例概況

目前，部分門座式起重機在設(shè)計制造階段，受經(jīng)濟方面的制約，將升卷筒直徑設(shè)計的比較小，導(dǎo)致門座式起重機在實際使用的過程中，經(jīng)常因為磨損要頻繁更換鋼絲繩，如若管理不到位就會出現(xiàn)鋼絲繩斷裂等情況。如25m-35t門座式起重機，是某港主力生產(chǎn)門機，對該港業(yè)務(wù)生產(chǎn)效率有著較大影響。因門座式起重機機身較大，而港口水深較大，所以在大船艙底抓料的過程中，卷筒上的鋼絲繩常常會用到最后幾圈鋼絲甚至是最后一圈鋼絲。經(jīng)過測試，在大船艙底抓料的過程中該門座式起重機繩角已經(jīng)達3.8°，而已經(jīng)拉出的鋼絲則會和附近鋼絲發(fā)生摩擦，進而導(dǎo)致鋼絲繩斷裂的情況時有發(fā)生。

（二）改造方案

本次改造主要是解決門座式起重機起升機構(gòu)現(xiàn)存問題，改造方案不涉及到機械性能的改造。經(jīng)案例分析，鋼絲繩在卷筒上摩擦的原因，是因為鋼絲繩轉(zhuǎn)筒直徑較小轉(zhuǎn)筒較長，所以相應(yīng)的纏繞圈數(shù)比較多，為27圈，經(jīng)過計算，若是需要在大船艙底抓料，卷筒上的鋼絲繩就會只剩下最后幾圈，鋼絲繩的偏角在3.7°左右。鋼絲繩在偏角增大的時候摩擦，主要是因為繩槽較小，而兩圈鋼絲繩之間的間距過近，最為直接的辦法就是采用直徑更小的鋼絲繩。但是本門座式起重機原配鋼絲繩就為32mm，所以需要通過更換卷筒，加大鋼絲繩節(jié)距來解決該問題。但是，如若更換卷筒，就會涉及到制動器、減速箱、電機的變化，故需要更進一步的細致計算。

本門座式起重機卷筒一端連接減速箱低速軸，另一端連接至機器座，而機器座由型鋼焊接在機房地面。機器座到之間卷筒軸承座的距離為560mm，這也是卷筒半徑的極限距離，綜合考慮卷筒擋圈等等因素，測算出機器最大可支持1080mm直徑的卷筒，只需要將鋼絲繩偏角控制在3°以內(nèi)，就可避免鋼絲繩摩擦的問題。在更換直徑為950mm卷筒后，卷筒扭矩就發(fā)生了一定的變化，通過調(diào)節(jié)電機變頻器就可調(diào)整扭矩、制動輸出，但是該調(diào)節(jié)方法只能夠調(diào)節(jié)約5%的幅度，相互對應(yīng)該扭矩的卷筒直徑為954，經(jīng)計算，鋼絲繩偏角為3.2°，大于3°，不符合要求，因此必須對減速器和電動機進行改造。

而本門座式起重機起升機構(gòu)的減速箱、電動機、卷筒都固定在機器座子上，機器座由型鋼焊接而成，綜合考慮，采用改裝減速箱齒輪的方式來調(diào)節(jié)器減速比，然后定制一個直徑相對應(yīng)的卷筒。經(jīng)過精密的分析咨詢后，傳動比取39.28。

（三）改造工藝

首先，需要拆除鋼絲繩起升限位傳感器，然后拆除卷筒附屬傳感器，拆卸卷筒減速器端聯(lián)軸器、軸承座，利用手拉葫蘆將卷筒放置在機房，然后再拆除減速箱，用門座式起重機吊出；其次，本門座式起重機采用SEW減速箱，所以減速箱中有著一定的防銹氣體，故拆除需要有相關(guān)專用工具，本次改裝主要涉及到更換齒輪、齒軸、密封元件、軸承，并趁此機會保養(yǎng)減速箱。經(jīng)過改裝后，在測試中該減速箱符合使用需求；再次，將減速箱、新卷筒利用門座式起重機以及手拉葫蘆，放置在機房相應(yīng)位置；最后，經(jīng)過空載測試、半載測試，調(diào)試變頻器速度、扭矩，未出現(xiàn)問題，可投入使用。

結(jié)束語：

綜上所述，門座式起重機起升機構(gòu)改造是一個范圍極為寬廣的主題，筆者在上文中僅選取了控制改造和實用性改造兩個案例進行闡述，但從兩個案例不難看出，門座式起重機起升機構(gòu)改造主要是為了提高門座式起重機起升機構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性、實用性、易用性，未來很長一段時間內(nèi)，門座式起重機起升機構(gòu)改造依舊會朝著這個方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]徐勇 ， 朱志忠 ， 張智華 . 基于PLC的門座式起重機控制系統(tǒng)模擬器的設(shè)計[J]. 清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2018.

[2]薛利英， 張宏. 門座式起重機主電纜卷筒極限限位裝置的改進[J]. 工程機械與維修， 2017（1）.

[3]吳雪紅， 郭志明. 門座式起重機門架筒體制作及裝配要點淺析[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備， 2018（04）：125-126.