伸縮式電磁吊具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

溫宏杰 王磊 趙杰 法磊 盧全偉

山東港口集團(tuán)青島港董家口分公司 山東青島 266000

在港口裝卸中，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，提高裝卸作業(yè)安全系數(shù)，普遍使用電磁吊具進(jìn)行盤(pán)元、圓鋼、鋼板等貨種裝卸作業(yè)，但目前傳統(tǒng)電磁吊具框架為固定式，僅適用于指定規(guī)格的盤(pán)圓、較短的五金貨種裝卸作業(yè)，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)于6米的圓鋼、螺紋鋼等長(zhǎng)五金貨種裝卸作業(yè)。目前在港口行業(yè)，長(zhǎng)五金貨種進(jìn)行市入和市提作業(yè)時(shí)，仍采用“吊車+工人”人機(jī)配合作業(yè)模式，這種人機(jī)配合作業(yè)模式至少需要4名裝卸工與吊車進(jìn)行頻繁、密切配合[1]。

1 伸縮式電磁吊具設(shè)計(jì)

首先針對(duì)電磁吊具無(wú)法伸長(zhǎng)問(wèn)題加以研究，對(duì)原有電磁吊具下方吊具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加電機(jī)加渦輪蝸桿，從而達(dá)到吊具伸縮功能，使得電磁吊具最長(zhǎng)可伸縮到10米，可同時(shí)兼顧6-12米H型鋼、單支圓棍、鋼板、螺紋鋼等長(zhǎng)五金裝卸作業(yè)。另外為解決正面吊卸高邊車過(guò)程中，司機(jī)無(wú)法觀察到高邊車內(nèi)部的狀況，有較大視線盲區(qū)的難點(diǎn)，在吊具四個(gè)角增加全覆蓋攝像頭，可以清晰拍攝到高邊車內(nèi)部場(chǎng)景，同時(shí)創(chuàng)新使用無(wú)線藍(lán)牙傳輸技術(shù)，將信號(hào)傳輸至駕駛室顯示器，司機(jī)在駕駛室內(nèi)就可以直接觀察到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況，提高了作業(yè)效率，提升了作業(yè)安全系數(shù)，同時(shí)減少監(jiān)護(hù)工人使用，大大降低了人機(jī)配合帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 伸縮式電磁吊具結(jié)構(gòu)

（1）電機(jī)+渦輪蝸桿：電機(jī)選用高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，選用的電機(jī)具有低能耗、低噪音、高效率、高精度的特點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)部使用純銅線圈，配有冷軋硅矽鋼片，有較好的韌性、承受力和耐磨性；一次成型保證高精度低誤差，采用高強(qiáng)度精鋼壓鑄，壽命比一般軸承長(zhǎng)，在使用軸承活動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)低，有高靈活關(guān)節(jié)等特點(diǎn)。

（2）全覆蓋攝像頭：選用半球式高清攝像頭，輸出分辨率達(dá)到高清畫(huà)質(zhì)；兼有紅外技術(shù)，能保證無(wú)燈光環(huán)境下紅外夜視；采用POE線連接，穩(wěn)定可靠。

（3）吊梁框架：吊梁長(zhǎng)度6米，上掛孔4個(gè)，下吊點(diǎn)4組；承載額定重量30噸，材料為Q345的鋼材。

（4）發(fā)電機(jī)組：此電磁吊具發(fā)電機(jī)組具有整機(jī)超載過(guò)載保護(hù)功能，同時(shí)在外部能直觀觀察到輸出指示燈、燃油表、電流表、電壓表、機(jī)油壓力表、燃油低位報(bào)警燈及報(bào)警裝置。發(fā)電機(jī)組滿足室外作業(yè)要求，發(fā)電機(jī)及其配電箱防護(hù)等級(jí)高于IP65，工作溫度能夠適應(yīng)港區(qū)環(huán)境溫度。

（5）電磁鐵：電磁鐵組采用電磁鐵聯(lián)吊方式。井架式吊梁下方設(shè)置4組電磁鐵吊耳用于懸掛4臺(tái)電磁鐵，吊梁伸縮總長(zhǎng)度為8米，中間2臺(tái)電磁鐵中心間距2.5米固定懸掛，左右2臺(tái)電磁鐵采用電動(dòng)伸縮吊具。吸吊6米長(zhǎng)物料時(shí)，吊具電動(dòng)控制縮短至6米，可吸吊6米內(nèi)長(zhǎng)五金物料，吸吊9-12米長(zhǎng)物料時(shí)，吊具伸至8米，吸吊9-12米長(zhǎng)物料。

（6）電控柜：整流柜與充電柜都是不銹鋼材質(zhì)，并且為一體化設(shè)計(jì)，減少安裝所占用空間；電控柜整流變壓器為西門(mén)子品牌，充磁消磁所有動(dòng)作全部在駕駛室控制，具備貨物吊裝可以強(qiáng)弱磁轉(zhuǎn)換功能，調(diào)磁功能可從0-250V無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)磁力大小。

備用電源采用高性能酸性免維護(hù)電池一組，具有密封性能好、自放電率低、使用壽命長(zhǎng)、溫度范圍廣、免維護(hù)的特點(diǎn)；充電部分采用全自動(dòng)一體化充電機(jī)，“強(qiáng)充”“浮充”自動(dòng)轉(zhuǎn)換，和過(guò)流、過(guò)充、過(guò)放保護(hù)功能。所有單體蓄電池具有多功能巡檢監(jiān)測(cè)蓄電池組，蓄電池電壓、電流、內(nèi)阻、溫度等狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，配備液晶屏顯示。

停電保磁安全可靠，輸入電壓交流380V，輸出電壓直流220V，輸出功率≥55kW，充退磁時(shí)間≤3s，停電保磁時(shí)間≥30min，當(dāng)電磁盤(pán)處于工作狀態(tài)時(shí)若遇停電或電路故障，控制系統(tǒng)能100%自動(dòng)切換備用電源投入供電，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，保證被吸吊物不會(huì)落下[2]。

1.2 伸縮式電磁吊具特點(diǎn)與應(yīng)用

我們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)并制作的可伸縮電磁吊具，其特點(diǎn)就在于電機(jī)傳動(dòng)加蝸輪蝸桿，我們采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒圈與蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)，由渦輪帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吊具梁的伸縮功能。渦輪與蝸桿是用來(lái)傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力裝置，渦輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)，相交于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似，蝸桿齒數(shù)小，單級(jí)傳動(dòng)就可以獲得較大傳動(dòng)比。蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，震動(dòng)和沖擊的噪音很小。兩輪嚙合齒面為線接觸，其承載能力大大高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可以實(shí)現(xiàn)反向自鎖，只能蝸桿帶動(dòng)渦輪，而不能有渦輪帶動(dòng)蝸桿，自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)作用。

伸縮式電磁吊具已完成設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，通過(guò)無(wú)數(shù)次的調(diào)試，對(duì)各部器件相互之間配合動(dòng)作、各器件的最佳位置進(jìn)行調(diào)整，并多次模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)狀況，進(jìn)行空載、重載負(fù)荷測(cè)試，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，目前已投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中。在生產(chǎn)作業(yè)中，伸縮式電磁道具能夠較快調(diào)整吊具之間的間距，能保證在吸吊6米長(zhǎng)物料時(shí)，吊具電動(dòng)控制縮短至6米，可吸吊6米內(nèi)長(zhǎng)五金物料，包括盤(pán)元、短五金件。在吸吊9-12米長(zhǎng)物料時(shí)，吊具可以伸至8米，吸吊9-12米長(zhǎng)物料，包括6-12米H型鋼、單支圓棍、鋼板、螺紋鋼等長(zhǎng)五金。

2 經(jīng)濟(jì)效益

采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金吊裝作業(yè)，可以減少傳統(tǒng)“吊車+人工”人機(jī)配合的作業(yè)模式，節(jié)省作業(yè)中的調(diào)頭、穿鋼絲扣、上下車等輔助環(huán)節(jié)，提高效率，減少輔助作業(yè)人員，綜合節(jié)省成本顯著[3]。

（1）人工成本：采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金作業(yè)，相對(duì)于傳統(tǒng)作業(yè)模式，可以節(jié)省4名卸車工人成本，每年約節(jié)省40余萬(wàn)元。

（2）材料成本：采用伸縮式電磁吊具進(jìn)行五金作業(yè)，可以節(jié)省傳統(tǒng)作業(yè)模式中的各類材料消耗，包括吊車的鋼絲繩、鉤頭等材料，經(jīng)過(guò)詳細(xì)測(cè)算，每年可節(jié)省費(fèi)用約為8萬(wàn)。

（3）能源成本：正面吊作業(yè)效率240（t/h）、油耗30（L/h），吊車80（t/h）、油耗15（L/h），作業(yè)效率可以提升300%，按照煤每年度120萬(wàn)噸長(zhǎng)五金作業(yè)量計(jì)算，可節(jié)省燃油費(fèi)用4萬(wàn)元。

綜合核算，改造后每年可節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本約52萬(wàn)元。