岸桥吊具电缆卷盘优化升级方法的探讨

潘卫华 吴伟明

 （广州港南沙港务有限公司 工程技术部，广东 广州 511462）

摘要：针对岸桥老式吊具电缆卷盘系统存在的问题，探讨新型吊具电缆卷盘系统改造的可行性，介绍升级改造工艺，最终达到有效降低其故障率的目的。

关键词：岸桥；吊具电缆卷盘；技术；改造

Research For The Methord Of Upgrading The Quayside Crane Spreader Cable Reel

Pan WeiHua  Wu WeiMing

Nansha Stevedoring CO.,LTD.Of GuangZhou Port.

Abstract: It explores the feasibility of upgrading a new model of Quayside crane spreader cable reel to reduce the failure rate,and provides an example.

Keywords: Quayside Crane; spreader cable reel; technique; upgrade

0. 引言

岸桥吊具电缆卷盘是岸桥运动最频繁的系统之一，它随起升动作而动，随着设备老化，其故障率逐渐升高，通过新技术的引入，对其进行升级改造，是降低该系统故障率的重要手段。

1. 系统介绍及故障表现

岸桥吊具电缆驱动方式主要有两种，一是采用储缆筐方式，二是采用电机驱动卷盘方式。储缆筐方式的优点是结构简单，缺点是会受到风力、司机操作技术、安装扭矩等因素影响，作业过程中电缆有时会打结、出筐，出筐后的电缆可能会卡住集装箱、吊具等部位，有损伤、拉断电缆风险。2000年后岸桥生产厂家陆续采用电动电缆卷盘方式，相对于储缆筐，电动电缆卷盘避免了打结、出框等情况，有效地保护了电缆，但其驱动方式，经过多年使用，则容易出现以下几种常见问题：

（1）老式吊具电缆卷盘采用电机+磁滞联轴器的形式。电机高负荷长时间运行后故障表现为：电机键槽容易磨损，电机绕组相间短路、对地短路，电机制动系统等故障。

（2）老式吊具电缆卷盘使用独立PLC，未直接进入主PLC。控制方式、通讯方式分散，中间环节过多，故障点多，故障排除时间长。

（3）磁滞联轴器力矩调整难以量化，要调整到让电缆不松不紧难度较大，力矩无论偏大或偏小，都容易对电缆造成伤害。

（4）磁滞+变频驱动“软连接”的工作特性，上升下降切换过程中，电缆很容易形成“鱼钩状”（见图1），容易对电缆造成冲击，长期运行电缆可能会被拉断，断缆一般集中在吊具上架缓冲器处（见图2、3）。

图1 吊具电缆在缓冲器上方处“鱼钩状“          图2 电缆在缓冲器上方断裂      

2.改造技术探讨

随着老式吊具电缆卷盘故障率的上升，为了有效地保护吊具电缆，延长其使用寿命，“全变频驱动”吊具电缆卷盘系统应运而生，国内新出厂岸桥逐步采用此方式。

“全变频驱动”吊具电缆卷盘工作原理：全变频驱动吊具电缆卷筒采用的是速度控制、力矩限幅的控制模式，主要由变频调速电机、制动器、减速箱、卷筒、编码器等组成。变频器读取岸桥吊具实时高速、速度两路数据，经过计算，输出一定的扭矩和转速，并通过电机尾端的编码器形成闭环控制。随着起升高度和速度的变化，速度和扭矩也不断变化，保证电缆能跟吊具速度，减少电缆收到冲击，延长电缆使用寿命。全变频驱动对比变频+磁滞驱动的优点有下列几个方面（参见表1）：

（1）电缆受到的力矩可变的。而变频+磁滞驱动方式，磁滞联轴器所传递的扭矩是永磁盘与感应盘间的磁滞力矩，当磁盘间隙一定时该力矩为恒定值。

（2）电缆的跟随效果好。由于磁滞联轴器的“软连接”特性，在高速下降起升切换过程中，电缆跟随效果肯定不如弹性联轴器硬连接的全变频驱动。

（3）电机采用单台卧式安装固定底座上，整个系统转动惯量小。

（4）吊具缓冲器上新增限位开关，挂舱时，一旦吊具缓冲器超出其最大缓冲距离，限位开关触发，吊具电缆电机紧停。

（5）全变频驱动能实现电缆速度控制+力矩限幅，保证电缆的跟随性和受到张力。

（6）维护量小、易损件少了，维护费用降低。变频+磁滞驱动方式，磁滞联轴器由于传递扭矩大，生产的热量大，如维护不当，轴承很容易损坏。

表1变频+磁滞驱动与全变频驱动比较

3.改造工艺实例

如前文所述，“全变频驱动”吊具电缆卷盘能避免老式吊具电缆卷盘的问题，在新出厂岸桥上已经得到应用，老式吊具电缆卷盘亦可以因地制宜进行升级改造，一般有两种方式：一是推到重建，将原有吊具电缆卷盘系统拆除，安装新的电机、减速箱及卷盘总成，改造较彻底，但成本高。二是保留可利用的部件，如减速箱，卷盘，在老减速箱上安装新的电机及制动器，优点是成本低，但须保证减速箱的可靠性。下面介绍一则改造实例，供参考：

（1）拆除电缆卷盘，有效绑扎，保留，电缆拆线；

（2）更换新的减速箱，做好新减速箱的排装；

（3）新减速箱应预留独立电机及制动器安装孔，减速箱低速轴安装法兰应与旧卷盘一致；

（4）安装变频电机及制动器，电机尾端配有增量编码器；

（5）将旧电缆卷盘安装到新减速箱上，穿电缆；

（6）新滑环箱接线；

（7）取消原吊具电缆卷盘PLC和变频器，新增和主PLC系统兼容的变频器，将现有吊具卷盘I/O直接接入主PLC系统；

（8）增加通讯模块，保证卷盘变频器直接和主PLC系统通讯，将所有逻辑程序写在主PLC中，方便维修时联机和查找故障。

（9）增加电机增量编码器线路。

（10）更换新的吊具电缆缓冲器，增加缓冲器限位保护开关线路。

（11）所有机械电气安装结束后，进行程序测试，试运行。

图3 改造后的全变频闭环控制驱动方式

4.总结

     随着集装箱化的进程，岸桥及自动吊具在过去10年已经普及使用，吊具电缆卷盘，作为岸桥起升机构一个随动系统，使用频繁，近年大多老式吊具电缆卷盘系统已经进入疲劳期，重复性故障维修给码头成本及设备故障率带来较大影响，本文介绍的“全变频驱动”改造是较为妥善的解决方法之一，值得广大设备管理者参考。

第一作者简介：

姓名：潘卫华      性别：男

职称:工程师  

从事工作：港口机械设备管理

工作单位：广州港南沙港务有限公司工程技术部

电话：020-34660621

E-MAIL: panwh@gnict.com

第二作者简介：

姓名：吴伟明      性别：男

职称:港口机械工程师  

从事工作：港口机械设备管理

工作单位：广州港南沙港务有限公司工程技术部

电话：020-34660836

E-MAIL: wuwm@gnict.com

本论文获得2018年中国港口协会优秀论文奖，已发表于《港口科技》2018年第10期。