輪胎式龍門起重機電動防風鐵楔設計

朱學健 李 懿

1 海南洋浦集裝箱碼頭有限公司 2 上海云童機電設備有限公司

1 引言

輪胎式龍門起重機(以下簡稱輪胎吊)非工作時段會停放在堆場的對應區域,由工作人員在適當的位置放置橡膠楔來固定輪胎吊,以滿足防風需要。隨著港口自動化水平的提高,需避免人員到自動化區域作業,且現有的防風鐵楔主要針對岸邊集裝箱起重機和軌道式龍門起重機等小直徑鋼結構輪設計,尚無面向如輪胎吊等大直徑橡膠輪起重機設備的防風鐵楔。

2 現狀分析

現有的防風鐵楔適用輪徑小,只能達到800 mm,而輪胎吊普遍達到了1 800 mm,不適用;且現有的防風鐵楔提升高度僅20 mm,而輪胎吊采用充氣橡膠輪胎,可能由于氣壓不足,提升高度不能滿足要求。現有的防風鐵楔,都是單機構動作,采用液壓鎖死閥,污染大;采用電動提升機構,提升機構持續動作通電,長時間使用情況下,容易損壞[1]。

新開發的電動鐵楔針對以上問題進行改進。

(1)按照輪胎吊輪胎的直徑,設計1 800 mm輪徑機械結構,同時滿足100 mm提升要求。

(2)增加機械掛鉤機構,當高度提升到位,掛鉤機構鎖死提升桿,在提升機構斷電的情況下,鐵楔能保持在100 mm高度,保證安全可靠。

(3)通過與輪胎吊主控PLC連鎖,在鐵楔提升不到位時,設備不能切斷安全保護。

3 電動自動防風鐵楔設計

為了解決人工固定輪胎吊的問題,設計自動固定楔安裝在輪胎吊的四角行走輪,由PLC控制固定楔的動作和狀態。

3.1 電動防風鐵楔結構

電動防風鐵楔主要由鐵楔提升機構和掛鉤機構組成。主體結構包括鐵楔、提升連桿、掛鉤、鐵楔連桿(見圖1)。提升機構通過電機帶動提升連桿動作,再通過鐵楔連桿帶動鐵楔,將鐵楔提起。掛鉤機構通過電動推桿帶動掛鉤動作,將處于提起狀態的鐵楔鉤住,防止大車行走過程中鐵楔脫落。提升及掛鉤機構均設有限位傳感器來反饋機構各部件的位置。

1.掛鉤 2.提升連桿 3.電動推桿 4.提升電機 5.鐵楔連桿6.鐵楔圖1 電動防風鐵楔結構

3.2 工作原理

當輪胎吊主控電源閉合時,方能操作各機構作業,主控電源斷開時,輪胎吊處于待機狀態。自動鐵楔系統通過獲取主控電源信號作為控制鐵楔動作的命令。當主控電源斷開時,電動防風鐵楔掛鉤機構松開,提升機構將固定楔放至地面,此時固定楔和輪胎的水平距離在8 mm(±3 mm),輪胎吊受到風力作用會貼合該方向的固定楔,此時輪胎吊被電動防風鐵楔固定,起到防風作用。當主控電源閉合時,提升機構將鐵楔提升到位,掛鉤機構將鐵楔固定,鐵楔離地距離約100 mm。此時輪胎吊可以正常作業,鐵楔不會接觸地面和輪胎(見圖2)。

1.掛鉤掛上 2.掛鉤打開圖2 電動防風鐵楔掛起示意圖

在電動防風鐵楔的上升狀態、下降狀態及固定機構的鎖緊狀態、松開狀態,都分別由傳感器來判斷電動防風鐵楔的狀態,感應鐵楔是否掉落。

3.3 防風能力計算

根據起重機參數計算出單個鐵楔的防風制動力F為151.48 kN,整機風載PW=249.77 kN,從而算出每臺輪胎吊應最少安裝4臺電動防風鐵楔。

在輪胎吊的海側和陸側行走輪兩端分別安裝1個電動防風鐵楔,每臺輪胎吊安裝4個自動防風鐵楔,即可保證防風效果(見圖3)。

1.電動防風鐵楔圖3 海側和路側電動防風鐵楔的安裝位置

3.4 電動防風鐵楔控制系統

電動防風鐵楔擁有獨立的控制系統,系統可以設置手動、自動狀態,同時保留手動機械裝置。在一般情況下,電動防風鐵楔設置為自動狀態,根據主控PLC的信號子系統,將鐵楔設置到掛起狀態或者放下狀態,再將鐵楔的狀態信號反饋給主控PLC,主控PLC將反饋的信號連鎖在輪胎吊主程序中,若鐵楔不提升到位,輪胎吊不能動作。為防止鐵楔在被壓住的情況下無法提起,參照防撞限位動作的原理,設置旁通慢速動作,可將電動鐵楔提起。

當主控PLC和鐵楔的信號交換出現故障時,可以將電動防風鐵楔的子系統設置成手動模式,將鐵楔一直處于掛起狀態。如果鐵楔本身的控制系統損壞無法動作,可以使用保留的機械裝置,將鐵楔掛起,保證設備的正常動作。

控制邏輯見圖4,開機后首先自檢,無誤后進入待機狀態,當接收到主機PLC命令后,鐵楔控制系統自行檢查當前位置,如不需動作則繼續待機,否則執行動作命令;根據限位開關的響應情況,判定動作是否完成,并向主機PLC反饋相應信號;動作完成后再次進入待機狀態。

圖4 電動鐵楔控制流程圖

4 應用效果

在某港口輪胎吊上安裝了1臺電動防風鐵楔,安裝和調試共用時2天,現場觀察一周無異常。后期使用反饋良好,基本無故障,實現了自動防風的效果。

由于該項目是改造項目,電動防風鐵楔通過干觸點和輪胎吊PLC進行狀態數據交換,若應用到新項目中可利用通訊和輪胎吊PLC進行數據交換,或者直接將電動防風鐵楔控制系統集成到輪胎吊PLC中。

5 結語

電動防風鐵楔能夠解決輪胎吊自動防風能力偏弱問題,同時與設備的主控系統連鎖,實現鐵楔的自動控制,可解決人工防風工作繁重的問題,可應用于碼頭自動化改造。