RTG“油改電”自動取電小車的改進

朱永剛

（營口集裝箱碼頭有限公司 遼寧營口）

全國集裝箱碼頭公司在節能減排中對主要耗油設備輪胎吊（RTG）進行了“油改電”的改造，碼頭采用的取電小車大多是鋼絲繩牽引的插拔式取電小車和自動接駁駛入式取電小車（自動取電小車）兩種方式，營口集裝箱碼頭有限公司采用的是康穩移動供電設備上海有限公司生產的自動取電小車。自動取電小車在安全方面優于插拔式取電小車，但是由于是新產品，自2009年投入使用后，出現了一些故障，影響“油改電”的利用率。取電小車的完好率直接影響著“油改電”技術的利用率。

一、自動取電小車的結構及作用

自動導入取電小車主要分為驅動機構、導入機構、取電機構和電氣控制系統。驅動機構由1臺空壓機、多個氣路控制電磁閥、1個伸縮氣缸、1個開閉鎖氣缸和1套四連桿伸縮機構構成；保證取電小車在駛入/出過程中可靠地推靠在導入區擋板上，沿著固定的導入軌跡進入喇叭口，駛入滑觸線。導入機構由2個導入提升輪、8個小車導向輪、2個小車行走輪、2個小車防跳輪和可以上下滑動的集電小車車體組成；讓取電小車沿著導入區導入軌跡運行進入喇叭口，駛入滑觸線，保證取電小車安全行駛在軌道上，取電作業安全可靠。取電機構是由8個集電器和1個小車電箱組成；兩組（4個一組）集電器的電刷和滑觸線緊密接觸，利用電纜將穩定的市電輸入小車電箱，為RTG提供動力。電氣控制部分主要是取電小車位置檢查開關、控制開關、氣路控制電磁閥和控制單元組成，和RTG進行信息交換。有效監測取電小車的工作位置，為司機的遠程操作提供信息支持，控制單元將司機的命令轉送到取電小車的執行元件，達到控制取電小車自動駛入/出的目的。

二、自動取電小車的控制和使用

圖1、2分別是自動取電小車駛入/出堆場時發電機和市電轉換的控制流程。注意事項：司機在進行操作RTG進入/出堆場時要求慢速行駛（在取電小車被檢測到伸出的情況下系統自動限速至10%），輪胎盡量沿車軌道中心線行駛，嚴禁走出車道黃線，保證對位信號的可靠檢測，防止沖出故障或者意外發生。

三、自動取電小車故障分析和對策

自2010年初改造完成投入使用（尤其是剛開始的2年內）以來，取電小車總是不停地出現故障，排除司機的誤操作外，自動取電小車的構成部位都可以引發故障，所以對自動取電小車的維護是保證其完好率的關鍵。

圖1 RTG駛入堆場由發電機轉換市電供電流程圖

1.空壓機故障

空壓機是自動取電小車駛入/出堆場的原動力，一旦空壓機發生故障無法工作，該RTG無法駛入/出堆場利用市電作業或轉換其他堆場作業。“油改電”一般采用0.1/8型空壓機，空壓機不能長時間的連續運轉，否則就會因為過熱損壞。據統計從2010—2012年4月（質保期）共損壞空壓機40多臺，幾乎全部是因長時間工作電機過熱損壞。根據試驗，該型號的空壓機連續運轉30 min以上就有發生過熱損壞的可能；一般情況下正常運轉約5～6 min后就可以達到設定壓力（8 MPa），壓力開關動作切斷空壓機電源，當空壓機罐體壓力低于設定壓力（4～5 MPa）時壓力開關控制接通空壓機工作電源。引發空壓機長時間工作的原因很多，主要集中在管路漏氣、閥門關閉不嚴及工作機制等。為此，對取電小車控制作如下改進。

圖2 RTG駛出堆場由市電轉換發電機供電流程圖

經長期的故障跟蹤、維修和分析，閉鎖氣缸電磁閥存在一個弊端，內部閥芯需要＞5.5 MPa的氣壓才能將閥芯推到打開狀態，否則閥芯行程不到位，產生漏氣故障；原自動取電小車的設計是只要取電小車不在縮回位置（由伸縮氣缸行程限位提供檢測信號），閉鎖氣缸就處于打開的狀態。對此控制進行整改：修改控制單元的程序，利用市電準備好信號來控制開閉鎖氣缸電磁閥，即當自動取電小車駛入導入區進入滑觸線時，控制單元就可以檢測到市電準備好信號（當RTG沒有收到市電準備好信號和自動取電小車沒有伸出/縮回信號的情況下無法進行大車行走），此時控制單元就發出切斷閉鎖氣缸電磁閥的信號，讓閉鎖氣缸處于關閉狀態。

上述改造在一定程度上減少了空壓機的損壞，但是仍然無法克服空壓機本身缺陷造成的損壞。原取電小車的設計是在小車電箱有電的情況下，控制單元就輸出指令吸合空壓機電源接觸器，然后空壓機電源僅靠自身的壓力開關控制，如圖3。根據空壓機的特點和公司的工作機制，對空壓機控制進行整改：添加一個時間繼電器KT，設定時間為6 min，保證空壓機連續工作（正常工作或空壓機本身故障仍長時間運轉）6 min后切斷空壓機電源；改變空壓機壓力開關控制主回路的作用，利用它的兩個觸點參與控制回路控制。一方面可以有效保證空壓機工作到設定壓力時斷開空壓機電源；另一方面可以在空壓機達到設定壓力后斷開KT的電源，清空計時，待下次空壓機工作時重新計時，如圖4。

空壓機本身的設計是當空壓機工作到設定壓力時，壓力開關動作，一方面切斷空壓機的電源，另一方面打開機械閥釋放空壓機泵頭的殘余壓力，防止空壓機在下次啟動時帶負載啟動，造成啟動電流大損壞電機。在現實工作中，由于RTG頻繁地轉、過場作業，導致氣泵經常在工作中就會被斷開電源，此時壓力開關沒有動作，空壓機泵頭的殘余壓力沒有進行釋放，當再次啟動時就存在帶負載啟動。建議空壓機生產廠安裝一個常開電磁閥代替原來由壓力開關控制的機械排氣閥，電磁閥電源和空壓機并聯，當空壓機工作時，電磁閥得電關閉排氣閥，當空壓機斷電后，電磁閥斷電自動復位到常開狀態將空壓機泵頭的壓力釋放。

上述改進，基本上解決了在空壓機保護和氣路監控、維修方面的故障。

2.小車行走輪

自動取電小車駛入導入區進入滑觸線后，集電小車的全部重量由兩個125 mm的行走輪支撐，并且保證集電小車在滑觸線內靈活移動。據統計，從2010年初—2012年8月，公司在用的36臺取電小車的行走輪都進行了更換。行走輪一旦發生損壞（外部塑料層和內部軸承金屬層脫離）將會對取電小車帶來巨大安全隱患：首先在滑觸線內行走，兩組集電器高度不同，會引發電刷和滑觸線接觸不良，使設備突然斷電，存在重大安全隱患；行走時電刷盒會和滑觸線的連接器外殼相互刮碰，導致固定電刷盒的u形架變形，和滑觸線刮碰，引發滑觸線和集電小車損壞的重大故障，此類故障公司共出現9次，損失重大；尤其是自動取電小車在駛入/出導入區的喇叭口時，一定會將集電小車或者喇叭口刮壞，此類故障出現過12次，損失喇叭口10個。

行走輪大面積損壞的原因，一方面是產品存在質量問題，對全部行走輪進行了更換。另一方面經過現場跟蹤RTG作業的實際情況分析，走輪受力如圖5。行走輪共受到5個作用力，其中N1是正常的壓力和其他4個額外力。集電小車通過一個可以上下滑動的滑塊和四連桿伸縮機構的滑柱連接，根據設計需求，RTG作業時左右搖擺產生的推拉力N4、N5和因大車軌道起伏引發上下竄動的壓力與拉力N2、N3完全由滑塊和滑柱之間吸收消化掉，滑塊和滑柱之間必須保證完全活動自如，摩擦力為零，否則會將上述外力傳到集電小車由行走輪硬性吸收，加速行走輪的損壞。為此，一方面向廠商建議完善設計并建議滑塊鑲嵌軸承和滑柱之間減少摩擦力，另一方面尋求最佳潤滑方案。經過近1年多的實驗、跟蹤，最終利用發動機的潤滑油，在滑柱頂端注油10ml，潤滑效果可達3個月。

圖3 空壓機原啟動電路

圖4 改進后空壓機電路

3.集電器

圖5 行車輪受力圖

集電器由取電臂、u型架、電刷盒、電刷和電纜組成，其中關鍵是u型架的檢查維護。電刷盒僅靠u型架的剛性夾住電刷盒，當取電小車駛入/出導入區經過喇叭口時受到擠壓力，長時間會發生變形，一旦維護不及時就會造成損害喇叭口、刮壞滑觸線和損害集電小車的故障。所以在檢查時要注意觀察u型架是否和電刷盒緊密接觸，一旦發生變形或者開口變大就要及時進行處理，防止引發故障或故障擴大。u型架的日常檢查需要每周一次，必須保證u型架的可靠工作。另外要檢查集電器電纜的長短是否適中，沒有摩擦痕跡，尤其是B相電纜需要額外調整，防止和行走輪發生摩擦。上述現象共發生故障3次，都是因為電纜摩擦破皮發生對地短路故障。另外電刷需要半年排查一次，當磨損到有效高度的2/3時建議進行更換。

4.其他

四連桿伸縮機構有潤滑油孔，當春、秋換季時要進行注油保養；各種位置檢測開關在調試時位置已經設定完成，需要在日常檢查時檢查其是否緊固，防止松動檢測距離發生變化引發故障或者損壞電器元件。