門座式起重機起升機構改造的幾點探究

白雪松

摘 要：門座式起重機在碼頭作業中有著至關重要的作用，近年來，我國對外貿易逐步發展，碼頭車船裝卸作業量也在不斷提升。但是，門座式起重機的起升機在實踐中卻呈現出了一定的問題，為提高門座式起重機起升機結構可靠性、合理性、科學性、安全性，本文對門座式起重機起升機構造改造進行了探討，以期為相關從業者提供有效參考。

關鍵詞：門座式起重機；起升機構；機構改造；PLC；卷筒

門座式起重機是港口裝卸業務的主要設備，該設備的可靠性、運作效率就直接決定了港口業務效率。目前，門座式起重機已經全面取代了傳統的人工裝卸搬運，而日益上升的作業量，就對門座式起重機的性能提出了新的要求。

一、門座式起重機電控系統改造

（一）PLC技術改造

門座式起重機起升機構可利用PLC技術改造其電控系統，取代傳統的繼電器邏輯控制。相較于傳統的繼電器邏輯控制，PLC的可靠性、適應性更強。如青島港自主設計制造的岸邊雜貨起重機，該門座式起重機起重能力為25T，采用安川全變速交流調速系統，有著電氣調速、計算機管理、性能控制等功能，控制人員通過觸摸屏就可查看到設備運作狀態以及故障狀態，該設備起升機構由支持機構、開閉機構兩個部分組成，采用YZP355M1-8M160KW變頻電機，采用安川CP-316H PLC，采用VS616G7A變頻器，能夠實現寬范圍的無極調速，并能夠自由的設置加速時間、減速時間。PLC在門座式起重機起升機構電控系統改造中得到了廣泛應用，PLC需要和變頻調速器相互結合，實現自動化控制。岸邊雜貨起重機就不失為一個成功的案例，不僅實現了自動化控制，同時也提高了設備優化管理、監控水平，簡化了設備控制過程，提高了設備控制精確性[1]。

（二）PLC控制改造案例

門座式起重機電控系統改造對可靠性的要求較高，控制任務較為繁重，故需要利用PLC技術來實現門座式起重機起升機構智能化改造。如，可將PLC作為技術核心，選擇SIEMENS S7-300PLC，選用CPU314來負責處理系統信息。在該系統中，操作人員只需要在控制臺上控制，就可完成相應的動作請求，由數字屏產生的信號，經過數字量輸入模塊進入PLC，同時反映各個設備狀態的主要檢測信號也可進入PLC，操作人員在操作臺上就可觀察到設備運作實際情況[2]。如圖1所示PLC通過數字量輸出模塊將信號接到變頻器I/O端子，通過模擬量輸出模塊將速度信號接到I/O端子，各種信號也可將設備信息接到PLC中，這樣PLC就可通過變頻器來反映電機運作情況。

圖1.PLC系統控制圖

門座式起重機起升機構運作穩定性，直接關乎著碼頭作業效益，故必須實現對電機啟停的嚴格控制，對此，可利用脈沖編碼接口模塊NTAC-02來獲取更高的控制精度，裝在電機旋轉軸上的PG脈沖編碼器，可將數據傳輸到變頻器，變頻器就可根據PLC指令來調整電機速度，從而實現速度閉環控制。在門座式起重機起升機構中，控制任務較為簡單，幾乎所有控制任務都是通過開閉斗繩、支持繩來實現的，故可分別利用兩個電機來驅動開閉斗繩、支持繩的控制[3]。

二、門座式起重機減速箱改造

（一）案例概況

目前，部分門座式起重機在設計制造階段，受經濟方面的制約，將升卷筒直徑設計的比較小，導致門座式起重機在實際使用的過程中，經常因為磨損要頻繁更換鋼絲繩，如若管理不到位就會出現鋼絲繩斷裂等情況。如25m-35t門座式起重機，是某港主力生產門機，對該港業務生產效率有著較大影響。因門座式起重機機身較大，而港口水深較大，所以在大船艙底抓料的過程中，卷筒上的鋼絲繩常常會用到最后幾圈鋼絲甚至是最后一圈鋼絲。經過測試，在大船艙底抓料的過程中該門座式起重機繩角已經達3.8°，而已經拉出的鋼絲則會和附近鋼絲發生摩擦，進而導致鋼絲繩斷裂的情況時有發生。

（二）改造方案

本次改造主要是解決門座式起重機起升機構現存問題，改造方案不涉及到機械性能的改造。經案例分析，鋼絲繩在卷筒上摩擦的原因，是因為鋼絲繩轉筒直徑較小轉筒較長，所以相應的纏繞圈數比較多，為27圈，經過計算，若是需要在大船艙底抓料，卷筒上的鋼絲繩就會只剩下最后幾圈，鋼絲繩的偏角在3.7°左右。鋼絲繩在偏角增大的時候摩擦，主要是因為繩槽較小，而兩圈鋼絲繩之間的間距過近，最為直接的辦法就是采用直徑更小的鋼絲繩。但是本門座式起重機原配鋼絲繩就為32mm，所以需要通過更換卷筒，加大鋼絲繩節距來解決該問題。但是，如若更換卷筒，就會涉及到制動器、減速箱、電機的變化，故需要更進一步的細致計算。

本門座式起重機卷筒一端連接減速箱低速軸，另一端連接至機器座，而機器座由型鋼焊接在機房地面。機器座到之間卷筒軸承座的距離為560mm，這也是卷筒半徑的極限距離，綜合考慮卷筒擋圈等等因素，測算出機器最大可支持1080mm直徑的卷筒，只需要將鋼絲繩偏角控制在3°以內，就可避免鋼絲繩摩擦的問題。在更換直徑為950mm卷筒后，卷筒扭矩就發生了一定的變化，通過調節電機變頻器就可調整扭矩、制動輸出，但是該調節方法只能夠調節約5%的幅度，相互對應該扭矩的卷筒直徑為954，經計算，鋼絲繩偏角為3.2°，大于3°，不符合要求，因此必須對減速器和電動機進行改造。

而本門座式起重機起升機構的減速箱、電動機、卷筒都固定在機器座子上，機器座由型鋼焊接而成，綜合考慮，采用改裝減速箱齒輪的方式來調節器減速比，然后定制一個直徑相對應的卷筒。經過精密的分析咨詢后，傳動比取39.28。

（三）改造工藝

首先，需要拆除鋼絲繩起升限位傳感器，然后拆除卷筒附屬傳感器，拆卸卷筒減速器端聯軸器、軸承座，利用手拉葫蘆將卷筒放置在機房，然后再拆除減速箱，用門座式起重機吊出；其次，本門座式起重機采用SEW減速箱，所以減速箱中有著一定的防銹氣體，故拆除需要有相關專用工具，本次改裝主要涉及到更換齒輪、齒軸、密封元件、軸承，并趁此機會保養減速箱。經過改裝后，在測試中該減速箱符合使用需求；再次，將減速箱、新卷筒利用門座式起重機以及手拉葫蘆，放置在機房相應位置；最后，經過空載測試、半載測試，調試變頻器速度、扭矩，未出現問題，可投入使用。

結束語：

綜上所述，門座式起重機起升機構改造是一個范圍極為寬廣的主題，筆者在上文中僅選取了控制改造和實用性改造兩個案例進行闡述，但從兩個案例不難看出，門座式起重機起升機構改造主要是為了提高門座式起重機起升機構的穩定性、可靠性、實用性、易用性，未來很長一段時間內，門座式起重機起升機構改造依舊會朝著這個方向發展。

參考文獻：

[1]徐勇 ， 朱志忠 ， 張智華 . 基于PLC的門座式起重機控制系統模擬器的設計[J]. 清遠職業技術學院學報， 2018.

[2]薛利英， 張宏. 門座式起重機主電纜卷筒極限限位裝置的改進[J]. 工程機械與維修， 2017（1）.

[3]吳雪紅， 郭志明. 門座式起重機門架筒體制作及裝配要點淺析[J]. 現代制造技術與裝備， 2018（04）：125-126.