輪胎式集裝箱龍門起重機小車拖鏈系統改造技術

李俊辰

（遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司,遼寧 營口 115007）

拖鏈系統屬于被動式傳輸系統,拖鏈的運行依靠運行機構的牽引提供動力。因為無需增加控制設備,所以拖鏈的設計安裝方便,系統維護簡單。由于電纜在拖鏈中有序排列,避免了二合一或三合一電纜的使用,最大程度的降低了電纜更換和維護的成本和風險。特別在拖鏈改造項目中,由于設計安裝方便,無需額外提供牽引動力,改造優勢明顯。

1 實際應用

遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司（以下簡稱公司）現有場橋44 臺,各設備投產時間見表1。小車供電、通訊傳輸系統均采用拖令系統,實現電氣房與小車機構、起升機構之間的供電、控制和通信等功能。公司早期購置的場橋使用年限已超過十年,盡管每年進行2次保養,但包括拖令電纜、拖令小車及其附件等拖令系統整體老化明顯,在日常使用中故障率明顯增加,維保成本不斷提高,安全風險難以有效控制。公司計劃根據小車拖令的使用時間以及使用狀況分批對目前使用的拖令系統進行升級改造。在廣泛參考國內各個港口的使用情況后,公司決定選擇4 臺場橋進行拖鏈系統改造,如改造效果達到預期,將根據現有拖令使用情況逐步對其余場橋進行拖鏈系統升級改造。

表1 公司現有場橋投產時間表

2 傳輸方式

輪胎式集裝箱龍門起重機(以下簡稱場橋)是傳統集裝箱碼頭堆場管理的重要組成部分,是集裝箱裝卸和堆碼作業的專用特種機械設備,承擔了堆場內主要的集裝箱的裝卸、堆碼工作。如圖1 所示,遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司（以下簡稱公司）場橋主體鋼結構為門型結構；大車運行機構主要包括輪胎、大車電機、動力傳動系統等組成,通過平衡梁與主體鋼結構相連。大車運行機構可使場橋在場區內運行,尋找目標貝位,并能實現90°直角轉向,使場橋可以從一個場區轉移到另一個場區；小車運行機構通過在主體鋼結構大梁上方鋪設的小車軌道,使裝有集裝箱吊具的行走小車沿主梁軌道行走,進行集裝箱裝卸和堆碼作業；起升運行機構通過在小車平臺上安裝的起升電機對吊具進行起降作業；吊具通過開閉鎖以及20 尺和40 尺伸縮調節等動作,對目標集裝箱進行鎖定操作。

圖1 輪胎式集裝箱龍門起重機簡圖

場橋小車機構運行在場橋大梁上的小車軌道上,場橋司機根據作業指令可將小車運行到指定排位,通過吊具進行集裝箱裝卸和堆碼作業,是場橋的主要執行機構之一,使用十分頻繁。小車機構的可靠、穩定運行直接影響場橋設備的出勤效率,甚至影響整個碼頭的生產裝卸效率。由于場橋小車整體運行在場橋大梁上,場橋小車與場橋主體鋼結構處于相對分離的狀態。小車的供電、通信需通過主體鋼結構內的電纜進行供電,所以在小車正常運行時供電、通信電纜需時刻跟隨小車運行。由于小車的供電、通信電纜一直處于跟隨運行狀態,所以需在滿足小車供電、通信可靠的前提下,選擇一種合適的小車供電傳輸方式。如圖2、圖3 所示,目前,在場橋上應用最多的小車供電傳輸方式主要有兩種,拖令系統傳輸方式和拖鏈系統傳輸方式。

圖2 拖令系統傳輸方式

圖3 拖鏈系統傳輸方式

3 結構形式

3.1 拖令系統傳輸方式

目前,普遍應用于橋吊的拖令系統傳輸方式有兩種,主動式和被動式。兩種運行方式的傳輸原理相同,都是將供電電纜和通訊電纜通過電纜夾懸掛固定在各個拖令上,隨拖令一起沿拖令軌道運行。不同之處在于主動式拖令系統增加了電動拖令,在小車高速運行工況下,可減少小車電纜承受的牽引力,起到保護小車電纜的作用,可應用在小車速度要求較高的作業環境中。

3.1.1 被動式拖令傳輸系統。如圖4 所示,被動式拖令傳輸系統主要由頭令、中間令、電纜夾、電纜、橡皮繩、鋼絲繩、緩沖塊、尾令等組成。頭令安裝在主小車牽引臂上跟隨小車運行,為拖令系統的運行提供牽引動力。尾令安裝在整個拖令軌道尾部,不隨頭令提供的牽引力運行,為拖令電纜提供尾部支撐。普通令的數量根據拖令電纜的長度確定,均勻安裝在頭令與尾令之間的拖令軌道上,在頭令的牽引下跟隨運行。電纜夾均勻安裝在整條拖令電纜之間,用于固定電纜將電纜有序排列在一起。緩沖塊安裝在拖令上,減少拖令之間撞擊對拖令造成損傷。兩個拖令之間安裝有橡皮繩和鋼絲繩,用于在拖令系統運行時起到緩沖和保護拖令電纜,防止拖令電纜受拉損壞。

圖4 無電機驅動式拖令簡圖

3.1.2 主動式拖令傳輸系統。如圖5 所示,主動式拖令傳輸系統與被動式拖令傳輸系統整體結構相似,都由頭令、中間令、電纜夾、電纜、橡皮繩、鋼絲繩、緩沖塊、尾令等組成。不同之處在于,主動式拖令傳輸系統增加了電動拖令,可以依靠拖令馬達自主提供動力。在小車高速運行的情況下,特別是小車速度大于或等于210m/min,對拖令電纜具有更好的保護作用。

圖5 有電機驅動式拖令系統簡圖

3.2 拖鏈系統傳輸方式

如圖6 所示,拖鏈系統主要由浮動牽引頭、電纜、光纜、拖鏈和不銹鋼導向槽等組成。不銹鋼導向槽一般沿小車軌道方向固定在橋吊大梁上,使拖鏈整體運行在導向槽內。拖鏈靠近大梁進線端為拖鏈的固定端,靠近小車端為拖鏈的移動端。通過小車運行提供的牽引力,無需額外的動力,移動端將牽引拖鏈進行移動。拖鏈內部可根據設備要求有序布置電纜、光纜等傳輸管線。移動端安裝有浮動牽引頭,可保障拖鏈不受小車影響穩定運行在導向槽內。隨著拖鏈技術的不斷進步,拖鏈狀態監測系統越來越多的應用在拖鏈系統中。通過在整個拖鏈中安裝狀態監測傳感器,實時監控拖鏈的受力情況,如果檢測到拖鏈受力超過額定數值,狀態監測系統將立刻發出信號,使小車機構立即減速、停車,保護拖鏈避免拖鏈內的電纜、光纜被拉斷。

圖6 拖鏈系統簡圖

4 安裝工藝

4.1 拖令系統傳輸方式

主動式和被動式拖令傳輸系統整體結構形式相似,對安裝工藝要求較高。由于拖令需安裝在拖令軌道上,所以拖令軌道的平整度和直線度直接影響拖令系統的安裝。在安裝拖令系統之前需對拖令軌道進行專業檢測,確保滿足拖令系統的正常安裝。在拖令系統的安裝過程中,電纜、光纜在拖令上的排放順序,拖令鋼絲繩、橡皮繩的安裝,普通拖令小車水平輪的間隙調整等,都對安裝工藝有較高的要求。主動式與被動式拖令傳輸系統區別較大之處在于增加了電動拖令,此特殊之處需在實際安裝中特別注意。在確認拖令電纜長度上,一般情況下需提供小車機構總行程的1.1-1.15 倍的拖令電纜長度。垂直方向上需提供大約4 米的安裝空間。

4.2 拖鏈系統傳輸方式

拖鏈槽作為存放拖鏈的部件,與拖令軌道一樣需要較高的安裝工藝。拖鏈槽所有螺栓需用扭力扳手以額定扭矩緊固,拖鏈槽安裝完畢后其直線度、水平度、內寬及其中心線需與小車軌道的平行度的偏差保持在規定范圍內。拖鏈的安裝需從橋吊大梁的進線處向小車牽引端進行,嚴格控制拖鏈在拖鏈槽內的左右間隙,并避免拖鏈與拖鏈槽之間產生摩擦。浮動頭安裝后的水平度應與拖鏈槽中心線的平行度保持在同一水平。拖鏈內固定的電纜、光纜等傳輸管線應根據管徑的大小、不同管線的分類、載荷的平均分布等合理布置,不能出現在拖鏈內纏繞的情況。專業技術人員根據設計要求完成拖鏈安裝后,將對拖鏈系統進行運行調試。在調試初期,需保持小車低速運行,觀察拖鏈的運行情況,如發現問題,及時將小車停止運行,確保拖鏈系統的安全。在確認拖鏈電纜長度上,一般情況下需提供小車機構總行程一半的拖令電纜長度。垂直方向上需提供大約0.8 米的安裝空間。

5 特點對比分析

拖令系統傳輸方式已廣泛應用在國內港口橋吊小車機構上,經過技術的不斷革新與發展。目前在技術水平成熟度、兼容性、整體運行可靠性上均已達到工業級水平。隨著拖鏈系統的功能和技術不斷成熟,現已逐漸替代拖令系統成為小車供電、通訊傳輸的最優解決方案。表2 為拖令與拖鏈傳輸方式的特點對比。

表2 拖令系統與拖鏈系統特點對比

6 實際應用對比

遼港控股（營口）有限公司集裝箱碼頭分公司計劃對4 臺場橋原拖令系統進行改造,經過實際對比分析如表3 所示。

表3 拖令系統與拖鏈系統實際對比分析

根據以上分析,公司最終擬采用拖鏈系統對原拖令系統進行升級改造,4 臺場橋拖鏈改造總費用不超過100萬元人民幣。

本文通過對拖令系統與拖鏈系統在結構形式、安裝工藝、特點對比三方面的比較分析,了解了兩種傳輸方式各自的優缺點,結合此次公司場橋小車拖令改造的實際情況,最終確定采用拖鏈式動力傳輸系統作為此次改造的最佳方案。雖然拖鏈系統改造費用高于在原拖令系統基礎上進行改造,但從碼頭設備的可靠運行和后期維護成本綜合分析,采用拖鏈系統更適合現階段場橋改造要求。