輪胎式龍門起重機取電小車驅動控制方式改造

朱永剛

營口集裝箱碼頭有限公司

1 引言

營口集裝箱碼頭共計37臺輪胎式龍門起重機(以下簡稱RTG)均進行了“油改電”技術改造，安裝了自動取電小車。投入使用后發現，取電小車易出現故障影響作業效率[1]。根據公司2018年四季度RTG的電氣故障統計分析，取電小車的故障占比超過50%，其中由氣壓回路引發的取電小車故障高達35%(見表1)。經過反復試驗，研究出一套可行的技改方案。

表1 RTG電氣故障統計

2 自動取電小車原驅動系統的利弊分析

原自動取電小車驅動系統由空氣壓縮機、伸縮氣缸和解閉鎖氣缸組成(見圖1)。智能繼電器接受外圍的各種信號和指令，進行邏輯分析輸出控制指令，控制解、閉鎖電磁閥驅動解閉鎖氣缸伸出或縮回，從而實現解、閉鎖功能；同時控制伸出、縮回電磁閥，驅動伸縮氣缸動作，實現取電小車的伸出或縮回。

圖1 原自動取電小車工作原理

原自動取電小車的優點有：

(1)該驅動系統中的解閉鎖機構，當取電小車閉鎖后，可依靠機械連桿的自鎖功能將取電小車固定在縮回位置，不需要氣壓的持續支持，安全可靠。

(2)伸縮氣缸在有固定壓力支持的情況下能可靠驅動取電小車伸出或者縮回；沒有氣壓支持時，氣缸可在外力作用下輕松地實現伸出或者縮回，保證了取電小車在滑觸線上取用市電作業時良好的隨動性，卸除了RTG在大車行走或者作業時對取電小車的外力沖擊。

原自動取電小車存在的缺陷有：驅動系統以空壓機為動力來源，其輸出的工作氣壓不穩定；氣路受低溫影響嚴重；氣管容易老化，驅動系統的使用壽命短；氣路系統復雜，故障率高，維護工作量大，維修成本高。

3 改造方案與實施

改造方案保留了原自動取電小車的優點，摒棄了氣壓傳動存在的缺陷，選擇液壓系統驅動小車；用電液推桿取代伸縮氣缸、電動推桿取代解閉鎖氣缸，根據電氣控制要求完善了智能繼電器的控制邏輯，將自動取電小車的優勢最大化[2-3]。

3.1 新方案結構原理

自動取電小車的機構包括集電小車、伸縮臂、電液推桿、電動推桿(見圖2)。兩伸縮臂的下端連接機座，電液推桿的底座連接其中一伸縮臂的上端，電液推桿的伸縮桿橫向延伸連接另一伸縮臂的上端，集電小車連接于兩伸縮臂之間。電動推桿的底座連接機座，電動推桿的伸縮桿向下延伸連接機械連桿，智能繼電器控制解、閉鎖接觸器來接通電動推桿的電源，以實現解鎖、閉鎖功能。

1.電液推桿 2.電動推桿 3.伸縮臂 4.集電小車圖2 取電小車的結構

3.2 新方案控制流程

新方案控制流程見圖3。當RTG拖動自動取電小車由柴電動力切換成市電動力，駛入滑觸線時，智能繼電器根據司機遠程的控制指令，首先控制解鎖接觸器接通電動推桿的電源，電動推桿得電縮回，帶動機械連桿解鎖集電小車。安裝在電動推桿底座上的檢測開關將解鎖信號反饋給智能繼電器后，智能繼電器控制解鎖接觸器關斷電動推桿的電源，電動推桿自鎖保持解鎖狀態。智能繼電器控制伸出接觸器接通電液推桿的電源，同時常通電磁閥得電斷開電液推桿進、出油路之間的連接，恢復電液推桿自身的自鎖功能。電液推桿驅動伸縮臂推動集電小車伸出到位后，安裝在集電小車框架的檢測開關將集電小車伸出到位的信號反饋給智能繼電器，智能繼電器控制伸出接觸器切斷電液推桿的電源，電液推桿的自鎖功能保持集電小車的伸出位置。待RTG拖動取電小車駛入滑觸線采用市電動力后，智能繼電器斷開常通電磁閥的電源，常通電磁閥導通電液推桿進、出油路的連接，解除電液推桿的自鎖功能，使得伸縮臂和電液推桿處于自由隨動狀態。

1.電液推桿 2.電動推桿 3.伸縮臂 4.集電小車 5.智能繼電器 6.解鎖接觸器 7.閉鎖接觸器 8.伸出接觸器 9.縮回接觸器 10.常通電磁閥圖3 取電小車新方案控制流程

當RTG拖動自動取電小車由市電動力切換成柴電動力，駛出滑觸線時，智能繼電器根據遠程司機的指令，首先控制常通電磁閥得電，常通電磁閥斷開電液推桿進、出油路之間的連接，恢復電液推桿的自鎖功能。如果智能繼電器沒有檢測到集電小車伸出到位，就控制伸出接觸器接通電液推桿的電源，直至智能繼電器收到集電小車伸出到位的信號。待RTG拖動取電小車切換成柴電動力后，智能繼電器控制縮回接觸器接通電液推桿的電源；電液推桿驅動伸縮臂帶動集電小車縮回，安裝在底座中間的檢測開關將集電小車縮回到位信號反饋給智能繼電器，智能繼電器控制縮回接觸器關斷電液推桿的電源，同時控制閉鎖接觸器接通電動推桿的電源，鎖緊集電小車；安裝在電動推桿底座的檢測開關將閉鎖信號反饋到智能繼電器后，智能繼電器控制閉鎖接觸器關斷電動推桿的電源，同時關斷常通電磁閥的電源。

3.3 關鍵元件的特性

電液推桿、電動推桿和電磁閥等關鍵元件的特性直接影響方案的可行性。

電液推桿具有過流、過載、過熱保護和雙向自鎖功能。通過智能繼電器控制伸出、縮回接觸器來接通電液推桿的電源，實現伸出、縮回功能。電動推桿為內有微動停止開關、自鎖式直流電動推桿。通過智能繼電器控制解、閉鎖接觸器來接通電動推桿的電源，實現解鎖、閉鎖功能。電液推桿和電動推桿都具有自鎖功能，斷電后將無法進行伸縮，保持當前伸出或者縮回的位置。

常通電磁閥安裝在電液推桿油缸的進出油接口之間。當常通電磁閥得電時，斷開電液推桿的進、出油路之間的連接，恢復電液推桿的自鎖功能；當常通電磁閥斷電時，導通電液推桿的進、出油路之間的連接，解除電液推桿自鎖功能，使得伸縮臂聯桿機構和電液推桿處于自由隨動狀態。

3.4 新方案改造實施

在硬件上要根據取電小車伸縮力量的大小和距離的長短選型電液推桿和電動推桿[4]。將電液推桿安裝在原自動取電小車伸縮氣缸的位置，電動推桿安裝在原自動取電小車解閉鎖氣缸的位置，然后將原氣缸配備的檢測開關安裝到相應的位置即可。為了方便檢修，可分離電液推桿的馬達和伸縮油缸，將電液馬達放置到原來氣泵柜中，利用高壓油管與油缸相連，將常通電磁閥固定到伸縮油缸上。

配電柜內拆除原空壓機和各個電磁閥的控制線路，重新安裝電源模塊、伸出縮回接觸器，并添加一個柴電信號參與取電小車控制，形成可靠保護。同時，通過重新編寫智能繼電器內部的梯形圖程序，完善各個環節的互鎖控制邏輯。

4 新方案的優勢

新方案結構簡單、耐低溫性能好、故障率低、維護容易，具體優勢有如下幾點：

(1)電液推桿驅動伸縮臂聯桿機構帶動集電器小車伸出或縮回，內部設有調壓閥，不僅保持伸出或者縮回的壓力穩定，而且對電液推桿提供過壓保護。

(2)由智能繼電器直接控制電動推桿驅動機械連桿鎖緊集電器小車，電動推桿動作穩定、啟動快捷、換向簡單，只需要接觸器顛倒電動推桿電源的極性就可實現換向驅動。

(3)液壓油路采用高壓優質橡膠軟管，使用周期長，在滿足工作壓力的情況下可長期保持良好的密封性。平時維護工作量少，只需保證油路無滲漏、油質低溫性能好。

(4)在電液推桿油缸的進出油接口之間加裝了常通電磁閥，保證了取電小車在滑觸線上取用市電作業時具有良好的隨動性，避免了RTG在大車行走或者作業時對取電小車的外力沖擊。

5 結語

通過對RTG取電小車的改造，降低了取電小車的故障率，提高了RTG的作業效率和港口碼頭的裝卸效率，且改造方案簡單易行，可為同類型的RTG取電小車改造提供一定的參考。