門座起重機一體式旋轉吊具水平自動糾偏設計

王宏鋒 宗新斌 朱曉剛

寧波鎮海港埠有限公司

1 引言

目前門座起重機(以下簡稱門機)進行集裝箱作業主要有兩種作業方式，一是采用簡易吊具進行作業，結構簡單，需要人工對吊具進行定位，操作難度大，效率較低；另一種是采用一體式旋轉吊具，結構復雜，由操作司機對吊具進行旋轉、對位開閉鎖，作業效率高，人工強度低。在實際作業時，集裝箱易出現水平偏載情況，吊裝過程中存在吊具水平不調平而直接作業現象，這會對一體式旋轉機構和起升鋼絲繩造成損傷，且存在一定安全風險。因此需要設計一種水平調平裝置，以提高作業效率，減少安全風險。

2 一體式旋轉吊具分析

一體式旋轉吊具分上下2部分，上半部分是回轉平移機構，安裝在吊具下部的滑軌上，上下部分之間安裝1個液壓油缸推動回轉平移機構(見圖1)。吊具的開閉鎖、伸縮、旋轉和左右平移均為液壓驅動。吊具伸縮位置有20 ft、40 ft；轉銷機構采用機械連鎖型式，單出桿油缸驅動，每臺吊具端部有4套轉銷機構，用于起吊集裝箱；在吊具的縱橫向上采用6套擺動油缸驅動活動導板，實現吊具左右平移功能，平移距離為±1 200 mm；吊具可帶載360°回轉。

1.液壓油缸 2.回轉平移機構圖1 門機一體式旋轉吊具

吊具可裝卸符合ISO標準的20 ft、40 ft集裝箱，額定起重量為35 t。主要包括以下部件：底梁主結構、伸縮梁結構、輸纜管裝置、伸縮驅動機構、導板機構、端部轉銷機構、平移機構、旋轉吊鉤裝置、液壓系統、電氣系統等，上述機構通過不同的動作組合完成不同工況下的集裝箱裝卸作業。

一體式旋轉吊具水平控制，利用平移油缸實現上下部分的相對平移動作，油缸壓力為中壓11 MPa時，用于平移伸動作；高壓160 MPa時僅用于平移縮動作，平移距離為左右各1 200 mm。左右平移極限位置各有1套限位裝置用于檢測，平移中間位置安裝水平零位限位，門機上安裝歸零按鈕，實現吊具歸零調平。但吊裝偏載箱時并無作用，操作人員通過手動控制平移的方式，同時通過目測吊具水平狀態來調平吊具，耗時長且不精準，既影響吊具水平糾偏效果，又影響作業效率。

3 自動糾偏改造方案

為解決吊具水平調平問題，在吊具上設計一個水平檢測裝置，當水平傾角超過一定值后，由操作人員發出指令，自動調整吊具水平狀態。

3.1 吊具自動糾偏改造

結合吊具水平糾偏方案，設置一個水平檢測結構，將水平狀態通過吊具的PLC系統上傳到門機的PLC進行水平控制輸出，輸出信號用于驅動液壓調平結構。水平檢測結構安裝于吊具接線箱內，檢測吊具在水平方向上的傾斜角度；吊具PLC控制結構的輸入端、輸出端分別與水平檢測結構、調平結構連接，根據水平檢測結構的檢測信號控制調節結構動作。

水平檢測結構選用專業開關型傾角傳感器，具有水平角度設定功能，根據實際情況，水平±2°作為傾角傳感器輸出信號的限定值，即當水平角度超+2°時，輸出X+信號；水平角度低于-2°時，輸出X-信號。傾角傳感器的X+、X-輸出信號接入一體式旋轉吊具的PLC輸入模塊(見圖2)。傾角傳感器安裝前，將吊具放置在碼頭并保持水平位置，將傾角傳感器與電腦連接，設定X+、X-輸出的角度值，調整傳感器安裝角度直至電腦顯示水平角度為0°，固定后將角度開關信號線接入吊具PLC輸入模塊。

圖2 傾角傳感器與吊具PLC的連接

3.2 自動糾偏控制改造

吊具的傾角傳感器信號(IB12016，IB12017)接入吊具的PLC，由于吊具的PLC系統與門機PLC系統通訊關聯，同步將信號導入門機的PLC系統，當吊具水平角度超過限定值、門機PLC輸出信號(OB13002,OB13003)控制水平推動油缸的電磁閥線圈，驅動吊具水平推動油缸進行平移機構移動，調節吊具水平的PLC程序見圖3。

圖3 吊具水平控制程序

設計時考慮到吊具水平調整的安全問題，如果采用水平糾偏全自動控制，當水平信號故障或船體傾斜時，會存在吊具水平失控等安全問題。因此門機上設定一個糾偏按鈕，操作司機按動糾偏按鈕(IB20E7)，發出糾偏指令實現吊具水平糾偏的控制。實際應用中，由于傾角傳感器對空吊具水平判斷同樣有效，吊具水平自動糾偏裝置同樣可以適用于所述吊具結構在空載時對吊具的調平作業。

4 應用效果

對2021年6～12月作業情況分析，應用了一體式旋轉吊具的門機作業效率由原來的20 TEU/h增加到21 TEU/h。改造后運行1年時間內旋轉液壓馬達未損壞(原每年需要更新液壓旋轉馬達)，有效解決了門機一體式旋轉吊具偏載箱作業不安全和作業慢的難題，效果改善明顯。

5 結語

本次改造可以減少集裝箱偏載作業和意外碰撞，吊裝更安全，提高了一次對箱的成功率，縮短了吊具水平姿態調整的時間，同時降低了起升鋼絲繩的損耗和吊具旋轉液壓馬達的損壞率。