橋吊起升卷纜系統(tǒng)故障原因及解決措施

許博 黃健 王順

起升卷纜機(jī)構(gòu)是橋吊的重要組成部分，也是橋吊故障多發(fā)點(diǎn)。隨著橋吊技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)橋吊起升卷纜系統(tǒng)已不能滿足使用要求。本文以青島港前灣港區(qū)三期碼頭為例，分析傳統(tǒng)橋吊起升卷纜系統(tǒng)故障原因，提出通過設(shè)備改造和維護(hù)管理等措施來提高橋吊起升卷纜系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性。

1 橋吊起升卷纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型

橋吊起升卷纜系統(tǒng)是為了滿足吊具電纜與起升機(jī)構(gòu)快速同步運(yùn)行而設(shè)計(jì)的集可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）、變頻器、電機(jī)、制動(dòng)器、減速箱、電纜卷盤等一體的電纜快速收放系統(tǒng)。青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型見表1。

2 橋吊起升卷纜系統(tǒng)故障類型

匯總2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊故障，篩選出起升卷纜系統(tǒng)相關(guān)故障122起，具體故障類型及占比見表2。

起升卷纜系統(tǒng)故障類型及占比

3 橋吊起升卷纜系統(tǒng)故障原因及解決措施

3.1 通信故障原因及解決措施

由表3可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊ABB電控系統(tǒng)通信故障占橋吊起升卷纜系統(tǒng)通信故障總數(shù)的81.5%。通信故障主要有以下特點(diǎn)：（1）故障時(shí)間較短，對作業(yè)影響不大，通常的處理方法是停電復(fù)位、緊固DP通信插頭;（2）編碼器控制的全變頻系統(tǒng)是主要故障點(diǎn);（3）ABB電控系統(tǒng)報(bào)DP820故障，但實(shí)際上DP820硬件損壞的概率較小;（4）故障集中發(fā)生于2018年青島港前灣港區(qū)三期碼頭對ABB800變頻器實(shí)施自主更新之后。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)通信故障解決措施如下：（1）定期檢查并緊固DP通信插頭，制訂更換周期，及時(shí)更換老舊插頭;（2）定期檢查通信回路24 V電源的穩(wěn)定性，及時(shí)更換電壓偏低或不穩(wěn)定的電源;（3）定期檢查電氣房到司機(jī)室的通信光纖，儲備足量的備用光纖。

3.2 變頻器故障原因及解決措施

橋吊起升卷纜系統(tǒng)采用書本型變頻器，具有體積小、功率小、價(jià)格低的特點(diǎn)。由表4可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)變頻器故障主要有以下特點(diǎn)：（1）西門子變頻器為直流母線式變頻器，其數(shù)量最多，主要應(yīng)用于雙起升橋吊，此類變頻器故障占變頻器故障總數(shù)的66.7%;（2）西門子變頻器的平均使用年限為15年，ABB變頻器的平均使用年限為16年，丹佛斯變頻器的平均使用年限為20年，安川變頻器的平均使用年限為3年;（3）安川和ABB變頻器的穩(wěn)定性和可靠性較高，丹佛斯和西門子變頻器相對遜色，主要原因在于產(chǎn)品過于老舊。2018年，青島港前灣港區(qū)三期碼頭對6臺ABB變頻器實(shí)施更新，對1臺ABB變頻器實(shí)施升級改造，對1臺故障丹佛斯變頻器實(shí)施更換，對部分西門子變頻器逆變單元實(shí)施更新，而其整流單元因已停產(chǎn)亟待升級改造。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)變頻器故障解決措施如下：（1）選擇滿足使用要求的知名品牌變頻器;（2）變頻器的穩(wěn)定期一般為10年，因此有必要制訂周期性換代計(jì)劃，加快變頻器升級改造步伐;（3）起升卷纜系統(tǒng)變頻器品牌與橋吊主機(jī)構(gòu)變頻器品牌保持一致，以便后期更換和升級。

3.3 制動(dòng)器故障原因及解決措施

由表5可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)制動(dòng)器故障有以下特點(diǎn)：（1）故障全部集中于電機(jī)尾端安裝的制動(dòng)器，此結(jié)構(gòu)制動(dòng)器對電機(jī)輸出軸實(shí)施制動(dòng)，安裝于電機(jī)端部與冷卻風(fēng)扇之間，外部有電機(jī)護(hù)罩，不利于日常檢查;（2）故障時(shí)間較長，故障點(diǎn)排查困難，對現(xiàn)場作業(yè)影響較大;（3）故障集中于使用超過10年的制動(dòng)器上;（4）進(jìn)口制動(dòng)器采購數(shù)量有限且采購周期較長，存在備件不充足的問題;（5）單獨(dú)安裝在減速箱上的制動(dòng)器平均使用壽命較短（僅3年），但故障率為0，可見其可靠性較高，并且此結(jié)構(gòu)制動(dòng)器便于故障判斷和檢修。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)制動(dòng)器故障解決措施如下：（1）改造起升卷纜系統(tǒng)，將制動(dòng)器安裝在減速箱上;（2）加強(qiáng)制動(dòng)器備件管理，確保制動(dòng)器總成備件充足;（3）執(zhí)行制動(dòng)器更換周期計(jì)劃;（4）做好日常檢查保養(yǎng)，定期開展制動(dòng)器清潔、緊固、調(diào)整等維護(hù)保養(yǎng)工作。

3.4 電纜故障原因及解決措施

橋吊小車架吊具電纜儲纜機(jī)構(gòu)按電纜排列方式不同可分為卷筒式和卷盤式：卷筒式儲纜機(jī)構(gòu)采用電纜平鋪纏繞方式，卷盤式儲纜機(jī)構(gòu)采用電纜疊加纏繞方式。由表6可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)電纜故障全部集中于卷筒式儲纜機(jī)構(gòu)，其中：電纜出槽或亂槽占79%，導(dǎo)致電纜使用壽命大大縮短。在近3年設(shè)備日常維保中，青島港前灣港區(qū)三期碼頭共更換12根吊具電纜，其中10根用于卷筒式儲纜機(jī)構(gòu)橋吊，占比達(dá)到90%，這說明卷筒式儲纜機(jī)構(gòu)的電纜使用壽命明顯短于卷盤式儲纜機(jī)構(gòu)。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)電纜故障解決措施如下：（1）將小車架吊具電纜儲纜機(jī)構(gòu)改造為卷盤式（2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭立項(xiàng)2臺橋吊電纜儲纜機(jī)構(gòu)改造項(xiàng)目，2022年將繼續(xù)增加相關(guān)項(xiàng)目立項(xiàng)）;（2）鑒于卷筒徑向竄動(dòng)導(dǎo)致電纜防跳桿與卷筒間隙過大，進(jìn)而造成電纜出槽故障，將防跳桿改造為彈簧壓緊式或采用2根防跳桿將電纜固定，以降低電纜出槽概率。

3.5 系統(tǒng)故障原因及解決措施

由表7可見，系統(tǒng)故障是“丹佛斯變頻器+三菱PLC”組合系統(tǒng)的特有故障，故障原因是吊具卷纜PLC與橋吊主PLC系統(tǒng)不兼容，對外部問題籠統(tǒng)地報(bào)以系統(tǒng)故障，導(dǎo)致故障檢測缺乏針對性，嚴(yán)重影響故障排查效率。

系統(tǒng)故障解決措施如下：借對老舊變頻器實(shí)施改造之機(jī)，將丹佛斯變頻器更換為ABB變頻器，并將三菱PLC升級為ABB ACS800 PLC，從而使系統(tǒng)程序邏輯清晰且接口匹配，實(shí)現(xiàn)故障提示準(zhǔn)確。

3.6 電源故障原因及解決措施

橋吊起升卷纜系統(tǒng)電源故障排查困難，原因是起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)和變頻器不顯示電源故障，除了開關(guān)跳閘這一明顯表征外，基本表現(xiàn)出變頻器故障特征，從而給故障診斷和排除造成困擾。由表8可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)電源故障有以下特點(diǎn)：（1）電氣房與小車架間拖令電纜斷芯斷線故障占電源故障總數(shù)的50%，此類故障全部集中于雙起升橋吊拖令系統(tǒng)，表明雙起升橋吊拖令電纜使用壽命已到，需要整體更換;（2）拖鏈電纜零故障，說明拖鏈系統(tǒng)在電纜保護(hù)方面具有一定優(yōu)勢，但仍要注意檢查電纜，以免拖鏈電纜因外皮龜裂而發(fā)生絕緣性能下降的情況;（3）電機(jī)電源故障占電源故障總數(shù)的40%，具體包括電機(jī)接線盒內(nèi)部接線端子故障、控制柜內(nèi)部輔助電源接地故障和小車架分線箱內(nèi)接線故障等;（4）起升卷纜系統(tǒng)控制柜內(nèi)部24 V模塊電源的可靠性直接影響卷纜控制回路的穩(wěn)定性。6FFFC582-8725-4379-8D11-229B80DC57C8

橋吊起升卷纜系統(tǒng)電源故障解決措施如下：（1）加強(qiáng)拖令和拖鏈電纜檢查，及時(shí)更換老舊電纜，提升電機(jī)電源供電可靠性;（2）檢查變頻器出線端到小車架卷纜電機(jī)進(jìn)線端線路上各接線端是否牢固和絕緣;（3）加強(qiáng)小車架卷纜系統(tǒng)制動(dòng)電阻器固定和老化情況檢查，做好備件儲備;（4）及時(shí)更新卷纜控制柜內(nèi)部24 V輔助電源裝置，確保輔助電壓穩(wěn)定。

3.7 電機(jī)或磁滯聯(lián)軸器故障原因及解決措施

由表9可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)電機(jī)或磁滯聯(lián)軸器故障有以下特點(diǎn)：（1）帶磁滯聯(lián)軸器的系統(tǒng)電機(jī)或磁滯聯(lián)軸器故障占電機(jī)或磁滯聯(lián)軸器故障總數(shù)的75%，而不帶磁滯聯(lián)軸器的系統(tǒng)電機(jī)故障只占25%，這說明磁滯聯(lián)軸器是主要故障點(diǎn);（2）磁滯聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)目的是增加傳動(dòng)中的柔性以保護(hù)吊具電纜，但實(shí)踐證明其存在成本高、使用壽命短、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn);（3）磁滯聯(lián)軸器故障大多表現(xiàn)為軸承損壞，可以在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)異響并提前更換，但由于其與電機(jī)緊密連接，拆卸較為困難，往往需要將電機(jī)和磁滯聯(lián)軸器整體更換，從而在一定程度上造成電機(jī)浪費(fèi);（4）帶磁滯聯(lián)軸器系統(tǒng)配置2臺電機(jī)，全變頻系統(tǒng)配置1臺電機(jī)，前者配置的電機(jī)數(shù)量更多，導(dǎo)致故障點(diǎn)也更多。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)電機(jī)或磁滯聯(lián)軸器故障解決措施如下：（1）在實(shí)施升級改造時(shí)去除磁滯聯(lián)軸器，改為在電機(jī)上安裝編碼器，其反饋信號同樣能使吊具電纜得到保護(hù)，并且還能減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量;（2）加強(qiáng)對在用磁滯聯(lián)軸器的潤滑，延長軸承使用壽命。

3.8 編碼器故障原因及解決措施

由表10可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)編碼器故障有以下特點(diǎn)：（1）編碼器故障全部集中于配備鏤空式護(hù)罩的編碼器，該結(jié)構(gòu)編碼器平均使用時(shí)間已達(dá)16年，而配備全封閉式護(hù)罩的編碼器才使用3年，因此兩者不具有可比性，但灰塵等外部環(huán)境對編碼器的使用壽命有重要影響;（2）編碼器故障主要表現(xiàn)為編碼器軸承卡死導(dǎo)致編碼器固定底座斷裂，并且編碼器信號線被電機(jī)冷卻風(fēng)扇絞斷;（3）配備全封閉式護(hù)罩的編碼器安裝于電機(jī)護(hù)罩外部且護(hù)罩獨(dú)立安裝，使其受外部環(huán)境的影響較小。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)編碼器故障解決措施如下：（1）將編碼器護(hù)罩更換為全封閉式護(hù)罩，提高保護(hù)效能，同時(shí)開設(shè)觀察窗，便于日常檢查;（2）在日常維保中增加編碼器檢查頻次，制訂編碼器更換周期（如5～8年）;（3）提前定制備用編碼器固定底座，以便節(jié)約維修時(shí)間。

3.9 PLC故障原因及解決措施

由表11可見，2017―2021年青島港前灣港區(qū)三期碼頭橋吊起升卷纜系統(tǒng)PLC故障有以下特點(diǎn)：（1）故障全部集中于三菱PLC;（2）起升卷纜系統(tǒng)PLC的使用壽命基本與硬件系統(tǒng)同步，一般其在停產(chǎn)換代前的故障率極低;（3）采用三菱PLC的起升卷纜系統(tǒng)都發(fā)生過PLC故障，現(xiàn)已全部更換新PLC;（4）三菱PLC安裝在司機(jī)室內(nèi)的卷纜控制柜中，其余3種起升卷纜系統(tǒng)PLC安裝在電氣房控制柜中，可見司機(jī)室內(nèi)的顛簸環(huán)境對PLC的穩(wěn)定性和使用壽命產(chǎn)生一定影響。

橋吊起升卷纜系統(tǒng)PLC故障解決措施如下：（1）將起升卷纜系統(tǒng)三菱PLC更換為與橋吊主電控系統(tǒng)PLC品牌相同的PLC;（2）將PLC安裝在電氣房電控柜中;（3）儲備同型號PLC備件，若舊型號備件停產(chǎn)，提前開展新產(chǎn)品選型與采購工作，掌握新型號備件更換流程、軟件設(shè)置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 確定橋吊起升卷纜系統(tǒng)改造方案

通過分析橋吊起升卷纜系統(tǒng)故障，總結(jié)橋吊起升卷纜系統(tǒng)升級改造注意事項(xiàng)如下：（1）4種起升卷纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型中，帶磁滯聯(lián)軸器的傳動(dòng)系統(tǒng)未安裝編碼器，不帶磁滯聯(lián)軸器的全變頻系統(tǒng)采用編碼器反饋信號;（2）與磁滯聯(lián)軸器的故障發(fā)生頻率和維修成本相比，其在起升卷纜全變頻系統(tǒng)中作為電纜力矩保護(hù)裝置的作用可以忽略不計(jì)，因此在升級改造時(shí)可以選擇不帶磁滯聯(lián)軸器的系統(tǒng);（3）為了提高維修便利性，有必要統(tǒng)一起升卷纜系統(tǒng)與橋吊主控系統(tǒng)使用的變頻器和PLC品牌;（4）及時(shí)升級起升卷纜系統(tǒng)變頻器，建議先于或跟隨橋吊主控系統(tǒng)變頻器同步升級;（5）卷筒式儲纜機(jī)構(gòu)容易發(fā)生電纜鼓包或出槽故障，而卷盤式儲纜機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性良好，能夠?qū)﹄娎|起到較好的保護(hù)作用;（6）為了提高工作穩(wěn)定性和延長使用壽命，起升卷纜系統(tǒng)制動(dòng)器優(yōu)先選擇外置獨(dú)立安裝在減速箱上;（7）升級后的系統(tǒng)采用單電機(jī)全變頻模式，以減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)量。

通過對橋吊起升卷纜系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的比較分析，確定“知名品牌變頻器+單電機(jī)+外置制動(dòng)器+振華重工卷盤+編碼器”的起升卷纜系統(tǒng)優(yōu)化改造組合方案，這也是振華重工主推的針對新橋吊設(shè)計(jì)和舊橋吊改造的組合方案。

5 橋吊起升卷纜系統(tǒng)維護(hù)

（1）逐步推進(jìn)橋吊起升卷纜系統(tǒng)優(yōu)化改造計(jì)劃，將其整體升級為最優(yōu)系統(tǒng)組合。

（2）做好在用橋吊起升卷纜系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)工作，確保電纜、變頻器、制動(dòng)器等備件充足。

（3）加強(qiáng)拖令電纜、拖鏈電纜檢查力度，提前更新老舊電纜。

（4）加強(qiáng)24 V電源裝置檢查力度，提前更換使用年限超過10年的電源裝置。

（5）做好編碼器檢查、防塵、更換周期制訂、更換記錄等工作。

（6）加大對DP通信插頭的檢查力度，制訂更換周期（如10年）。

（7）做好起升卷纜系統(tǒng)電機(jī)水密工作，定期檢查電機(jī)及接線箱內(nèi)接線情況。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-03-04）

作者簡介：許博（1982―），男，高級工程師，從事集裝箱碼頭固機(jī)設(shè)備管理工作;

黃?。?988―），男，助理工程師，從事集裝箱碼頭岸邊起重機(jī)管理工作;

王順（1984―），男，工程師，從事集裝箱碼頭岸邊起重機(jī)管理工作6FFFC582-8725-4379-8D11-229B80DC57C8