一種低姿態岸邊集裝箱起重機大梁平移精確控制方法

王君毅 胡 石

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

低姿態平移式岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)適用于一些對岸橋高度有嚴格限制的地區，雖然低姿態平移式岸橋現在并不是港口機械的主流產品，但其特殊的構造卻也是岸橋未來可能的發展趨勢之一。而其大梁平移能否快速精確到位，是其能否高效投入使用的關鍵。

2 大梁平移工況介紹

2.1 低姿態岸橋結構

新式低姿態岸橋的結構見圖1，其平移結構由大梁、驅動機構、門框3部分組成。大梁包括具有平移結構的大梁總成，大梁總成上設有若干個固定的錨定坑，每個錨定坑的凹槽底部設有檢測插銷完全插入的限位，即插銷下檢測限位；驅動機構包括PLC控制器、驅動器、電機、卷筒，其中卷筒上的鋼絲繩與大梁總成連接，電機通過轉動卷筒鋼絲繩拉動大梁總成前后平移；門框包括門框本體，本體上設有與固定錨定坑配合用于錨定大梁總成的液壓插銷，以及檢測插銷完全抬起的限位，即插銷上檢測限位。

圖1 低姿態岸橋結構以及4個工作位示意圖

根據項目整體的要求以及相關的技術設定，可設置4個工作位，分別為工作位C位、工作位B位、工作位A位和工作位R位。每個工作位在大梁上都有對應的機械凹槽，可供海側門框上的液壓插銷插入。岸橋開始作業時，大梁總成通過機房里的電機轉動卷筒上的鋼絲繩來拉動，使其向前向后平移，當大梁總成準確地平移到其中一個工作位后，插銷插入大梁中的對應機械凹槽，錨定大梁到位后，岸橋才可以進行作業。

2.2 大梁平移難點分析

經過碼頭現場的長期調試和岸橋作業觀察，發現大梁總成平移動作不同于常規項目的大梁俯仰動作，進行俯仰動作時鋼絲繩都能保持在繃緊的狀態，從而保證實際的運行位置與編碼器讀數值基本保持一致；但當大梁在水平方向平移時，往往會出現鋼絲繩松弛的現象，導致實際位置與編碼器讀數產生較大的偏差，無法準確制動到位，進而影響大梁準確到達指定工作位。其產生的主要原因有2個方面：在長時間的運行后，大梁水平輪側向間隙忽大忽小或者壓輪的間隙變小，從而導致鋼絲繩出現一會兒松，一會兒緊的狀態[1]；由于大梁總成長度很長，平移過程中無法保證鋼絲繩一直處于繃緊狀態。本項目岸橋大梁總成長度為109 m，比以往的低姿態平移式岸橋大梁總成都長，故要達到平移的精確控制尤為困難。

3 控制方法以及相關流程介紹

3.1 控制方法

首先，在大梁平移過程中，PLC控制器需要讀取2個編碼器反饋的大梁位置，一個由驅動器的增量編碼器自行計算提供，可定義為BoomPositionFb；另一個由卷筒上的絕對值旋轉編碼器記錄提供[2],這個值可定義為BoomPositionAbs。在平移過程中大梁實時讀取增量編碼提供的位置，用于速度反饋回路，驅動器根據其速度反饋來調整輸出力矩，形成速度閉環控制回路；絕對值旋轉編碼器的數值則用來校對運行時的位置，保證在快速運行狀態下大梁位置不會出現偏差，并確認到達工作位時是否停準。

其次，為了克服大梁鋼絲繩松弛的不良現象，確保大梁錨定精準到位，要以限位的感應來最終確認大梁是否到位。在海側門框上設置2個位置感應限位，統稱為大梁位置限位，并在大梁每個工作位相應位置上放置感應支架(見圖2)。在PLC程序里的軟件停止設置可允許范圍0.1 m，用2個大梁位置限位的感應與否來作為大梁是否準確到達指定工作位以及插銷是否能落下的條件。

圖2 大梁位置限位與其相關支架

此外，大梁在工作位C位時(即前停止)鋼絲繩最容易松弛，而工作位R位(即后停止)則是大梁的停車位。這兩個前后停止位置比較重要，應該額外在相應位置上設置前后停止感應限位2個，感應支架設在大梁上。當大梁總成平移到工作位C位或工作位R位時，將大梁前后停止限位位置調節成與大梁工作限位同時感應，這樣就能進一步確保平移到這兩個位置時的精準度。

最后，為了方便日后長期使用和維護，還要增加大梁位置的自動同步功能，即當大梁處在一個工作位時，將當前準確的大梁位置值賦給增量編碼器BoomPositionFb和絕對值旋轉編碼器BoomPositionAbs，以確保PLC程序中大梁位置的準確性。建議選用大梁后停止的工作位R位。

3.2 具體流程

假設大梁在工作位R位，插銷處于插入的狀態。當PLC控制器給出指令去工作位A位時，首先插銷向上抬起，在插銷上檢測限位感應后，電機開始轉動卷筒，使卷筒上的鋼絲繩拉動大梁，大梁全速運行時的速度為24.42 m/min。當大梁接近指定工作位置時，需要提前進行減速。經過反復計算和試驗，發現大梁在到達工作位前的0.7 m時開始減速為最佳，應減速到原來速度的5%，即1.22 m/min，這樣才能建立快速的制動力矩，制動效果顯著，讓大梁總成準確停止[3]。

此時考慮到鋼絲繩拉動大梁時所產生的誤差，在PLC中設置能夠根據具體位置前后微動的程序，其大體邏輯為：若BoomPositionAbs小于工作位A位，大梁繼續向前慢速平移；若BoomPositionAbs大于工作位A位，則大梁向后慢速平移；若BoomPositionAbs等于工作位A位，大梁停止平移。

停止后再檢查相關的大梁位置感應限位是否感應，以此來判定插銷是否能夠插入大梁。若此時大梁位置感應限位已經感應到位，則使插銷下降，當插銷下檢測限位感應時就認為整個大梁平移動作完成，岸橋可以投入作業。

此外在大梁整個平移過程中，BoomPositionFb和BoomPositionAbs這兩個值需要不停進行比較，如果兩者之間的誤差超過0.3 m，則需要立刻減速，并在程序中把位置定義為無效化，并提醒操作人員去自動同步位歸零。

4 結語

運用了此大梁平移控制方法的岸橋在實際投入碼頭作業后，大梁平移到位精確度高，故障率低，提高了岸橋的作業效率。該大梁平移的精確控制方法能在新式低姿態岸橋的設計、調試和作業中起到重要作用。