輪胎式集裝箱龍門起重機移動供電裝置氣動系統優化

何國榮

廣州港股份有限公司南沙集裝箱碼頭分公司（以下簡稱“南沙三期碼頭”）有60臺輪胎式集裝箱龍門起重機（以下簡稱“場橋”）。為了響應國家節能減排和建設綠色港口的號召，南沙三期碼頭將場橋供電方式由柴油發電機供電改為由港區電網直接供電。南沙三期碼頭場橋配置的移動供電裝置采用德國Conductix-Wampfler滑觸線移動供電裝置，配套鋁基不銹鋼線體滑觸線，主要用于接入市電。場橋移動供電裝置的控制系統和作業環境較為復雜，其故障次數占場橋故障總數的比例一直居高不下，嚴重影響碼頭堆場裝卸作業計劃和效率。為了解決場橋移動供電裝置在運行過程中因氣動系統故障而導致裝置損壞的問題，本文在分析移動供電裝置損壞原因的基礎上，提出移動供電裝置氣動系統優化改造方案，即在原氣動系統中增加微型氣動系統保護器，以提高移動供電裝置的安全可靠性。

1 場橋移動供電裝置損壞情況

2018―2020年南沙三期碼頭場橋移動供電裝置發生機械損壞88次（見表1），其中：因移動供電裝置自身故障而造成機械損壞69次，占總損壞次數的比例為78.4%。由此可見，為了保障碼頭場橋作業安全性和穩定性，提升碼頭作業效率，有必要優化改造場橋移動供電裝置。

2 場橋移動供電裝置損壞原因

南沙三期碼頭場橋移動供電裝置采用空氣壓縮機作為動力源，其工作原理（見圖1）如下：移動供電裝置可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）接收外圍信號和指令，通過邏輯運算輸出控制指令，控制開閉鎖電磁閥驅動開閉鎖氣缸伸縮，從而實現開閉鎖功能，同時控制伸縮電磁閥驅動伸縮氣缸工作，實現移動供電裝置伸縮。

場橋移動供電裝置氣動系統長時間工作后，電磁閥內部彈簧和氣管老化變形，導致氣動系統因各部件間出現間隙而產生漏氣現象。隨機選取南沙三期碼頭10臺場橋，測量其氣動系統壓力（見表2），其中有5臺場橋的移動供電裝置氣動系統壓力無法達到正常值6 kPa。在氣動系統壓力長期偏低的情況下，移動供電裝置對滑觸線的預緊力不足，導致碳刷偏磨或松脫，從而造成移動供電裝置損壞。

3 場橋移動供電裝置氣動系統優化方案

場橋移動供電裝置氣動系統由空氣壓縮機、伸縮氣缸和開閉鎖氣缸組成，空氣壓縮機皮碗老化、氣缸密封圈磨損內泄、氣管老化泄漏、電磁閥內部彈簧和氣管老化變形等都有可能造成氣動系統氣壓不足。綜合考慮氣動系統工作原理、機械結構、施工工藝和設備作業方式等因素，設計3種場橋移動供電裝置氣動系統優化方案（見表3），并依據可行性分析結果，最終選擇加裝氣動系統保護器方案。

3.1 氣動系統保護器設計

氣動系統保護器由氣動壓力開關、二位單通電磁閥、輸入輸出氣管等組成，其控制結構如圖2所示。

（1）氣動控制機構 氣動控制機構由氣動壓力開關組成，當空氣壓縮機工作時，壓縮空氣從儲氣罐進入氣動壓力開關。氣動壓力開關按預先設定的壓力閉合或斷開：當空氣壓縮機正常運轉時，氣動壓力開關處于閉合狀態;當儲氣罐內氣壓達到設定壓力上限時，壓縮空氣經橡皮頂動頂針，再通過跳橋使跳簧帶動跳板，使膠木座內動觸頭分離，從而切斷控制電路，使電動機停止轉動;當儲氣罐內氣壓降至設定壓力下限時，跳橋重新起跳，接通電路。

（2）電動控制機構 電動控制機構由閥體和電磁閥線圈組成。通電時，電磁閥線圈產生電磁力，將關閉件從閥座上提起，閥門關閉;斷電時，電磁力消失，彈簧將關閉件壓在閥座上，閥門打開。

（3）控制邏輯 通電后，系統壓力低于空氣壓縮機啟動點壓力，壓力開關連通系統電路開啟空氣壓縮機，電磁閥線圈得電，電磁力將關閉件從閥座上提起，閥門關閉。當系統壓力達到空氣壓縮機關閉點壓力時，壓力開關斷開系統電路關閉空氣壓縮機，電磁閥線圈失電，電磁力消失，彈簧將關閉件壓在閥座上，閥門打開連通氣動系統，用較高的系統壓力驅動氣動系統。當系統壓力降至空氣壓縮機啟動點壓力時，電路接通重新工作。

3.2 氣動系統保護器安裝

（1）將氣動壓力開關安裝在空氣壓縮機儲氣罐出口，將二位單通常閉電磁閥P口安裝在氣動壓力開關出氣口，將系統出氣口安裝在電磁閥T口，螺紋接口使用生料帶以加強其密封性。安裝完畢后，加壓檢查系統氣密性。

（2）將系統220 V零線與火線接入壓力開關，將空氣壓縮機的火線進線和電磁閥的火線進線接入壓力開關開啟點。當空氣壓縮機工作時，電磁閥得電閉合。

（3）調試壓力開關，使開啟點壓力大于氣動系統最低維持壓力的110%，關閉點壓力等于氣動系統最大壓力。

（4）調試完畢后，對接入線纜和氣管進行理線綁扎，以防線路鉤掛導致管線破損。

（5）試機正常后完成安裝。

4 場橋移動供電裝置氣動系統優化效果

南沙三期碼頭選取8臺場橋（1～8號場橋）實施移動供電裝置氣動系統優化改造。為了檢驗優化改造效果，比較? 2021年11月至2022年1月南沙三期碼頭優化改造后的1～8號場橋與未優化改造的9～16號場橋移動供電裝置氣動系統故障和機械損壞情況（見表4）。結果顯示：優化改造后的1～8號場橋移動供電裝置故障率明顯下降，未發生機械損壞，應用效果良好。鑒于優化改造后的場橋運行穩定，南沙三期碼頭后續已按此方案對剩余52臺場橋實施優化改造。南沙三期碼頭60臺場橋移動供電裝置氣動系統全部實施優化改造后，場橋移動供電裝置年均機械損壞次數由29.6次下降至8.0次，在有效降低場橋維修成本的同時，大大提升設備穩定性。

5 結束語

在場橋移動供電裝置上加裝氣動系統保護器的優化改造方案有效解決了場橋移動供電裝置氣動系統壓力不足的問題，有利于降低場橋移動供電裝置故障率和場橋維修頻次，節省場橋維修成本，有效保障碼頭安全高效生產，能夠為港口行業同類移動供電裝置優化改造提供思路和參考。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-06-06）