论文部分内容阅读
摘要：岸邊式桥式起重机在装卸集装箱的作业过程中，起重机吊具挂舱事故时有发生，一旦发生挂舱事故瞬间所产生的超负荷起重会给岸桥的金属结构和运行机构造成严重损伤，甚至可能引发钢丝绳断裂、桥吊大梁倾覆、小车坠落等恶性事故。人们想出很多方法来避免挂舱事故发生时可能给设备、人身等带来的损坏。
关键词：岸边桥式起重机；挂仓；挂仓保护
中图分类号：TP201
文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0042-03
0 引言
岸边式桥式起重机吊具挂舱（简称吊具挂舱）统指在集装箱作业过程中，因各种原因造成岸桥吊具在起升过程中，与固定物（如船舱集装箱导槽，固定在船上的集装箱）发生钩挂或干涉，造成起升负荷瞬间严重过载，对起升机构和岸桥结构施加巨大过载冲击的非正常状态。一般人们认为可以利用岸桥起升马达的力矩保护实现挂仓保护的作用，为什么还要求挂舱保护呢？因为这些保护在起升上升过程中需要考虑冲击的虚假超负荷，因此设有延时，比如2s才能发出保护指令，但若真的超负荷很大2s的延迟将会出事故。为此又加设只要起重达120%额定载荷时立即驱动断电，几毫秒后实现控制断电。如果此时是挂舱故障，或集装箱没有解锁或吊具冲顶，由于速度很快，将导致起升绳拉力和桥吊负荷急剧增加，危及起重机的安全。本文叙述了目前应用最多的3种挂舱保护方式，并分析了其各自的优缺点[1]。
1 挂舱保护的类型及分析
（1）目前运用较多的挂舱保护系统是和倾转系统在一起的，功能由位于后大梁尾部的多功能液压系统执行。这个液压系统由1个液压泵站及4个液压油缸和阀组等组成。液压油缸与主起升钢丝绳改向滑轮相连，同时其由内置的位移传感器监控油缸的伸缩行程，正常工作时通过这4个油缸的组合伸缩可以实现吊具的前后倾、左右倾、左右旋。在油缸上有一个与其连接的压力阀值触发装置便是挂舱保护装置。当挂舱发生时，由于钢丝绳的拉力将迅速增大，拉力通过所在滑轮传导至与滑轮连接的挂舱油缸，导致油缸的压力也相应地增大。当4个油缸中任何一个油缸压力达到压力阀预设值S挂时相应压力开关动作，该信号传输至PLC，由PLC通过逻辑计算紧急停止起升上升，同时溢流阀将打开，使防挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，整个挂舱保护动作在不到一秒时间内完成。挂舱发生后，司机室里的挂舱指示灯亮起，同时会响起警报声，此时起升机构只能通过旁路旋钮慢速下降，以释放钢丝绳的张紧力。S挂的设定不能设得太小，设得太小，会将正常工作中的载荷冲击值误认为挂舱处理。S挂也不能设得太大，设得太大，会导致各相应的部分受力太大。根据分析和使用经验S挂一般设为S挂-1.56S额或S挂-1.25S额（偏载冲击） 值得注意的是，这个值不是不可调整的，它与起重机有关抗冲击能力有关。一般来说在不影响正常工作情况下进行设定，如发现原来的设定值不是在挂舱或不是冲顶时就起作用，则说明设定值太低，应相对将S挂调整大些。
这种挂舱保护装置的优点是结构简洁明了，但是挂舱监测功能实时性相对较好，缺点是体量大从而使得维修成本较高而且挂舱故障发生后由于制动器紧急制动驱动部分会有较大的机械冲击。
（2）由Bubenzer公司开发的利用重量传感器作为挂舱保护条件的组合保护装置sOs挂舱保护系统（后面简称sOs系统）。首先先介绍SOS系统的挂舱保护的触发装置，然后再介绍该触发装置其他机构组合挂舱保护的情况[2]。
首先该装置每个重量传感器都采用双通道模式来采集其称重信号，原理图如图1。
由图l所示其中一个通道的重量传感器信号直接连接到SOS系统的PLC的模拟量安全模块上，另一个通道的重量传感器模拟量信号通过图中箭头所示的BROSA模块快速处理过后连接到与前面同个模拟量安全模块的不同通道上，这样两个通道的模拟量信号其中任意一个达到预设值S挂都会触发挂舱保护。而且同时BROSA模块根据采集的重量传感器信号与模块中预设的数值进行比较产生一个数字量信号，该数字量同样传递给SOS系统的PLC进行集中处理，这样就确保了挂舱保护判断的可靠性，但是这种挂舱保护的判断存在一定的缺陷就是需要考虑岸边式桥式起重机起升吊重物突然上升的虚假冲击超负荷，因此设有一些延时。
2 触发装置与起升安全联轴节组成
安全联轴节是安装在起升驱动机构特殊的联轴节，它和制动器一起来实现挂仓保护，该联轴节由Bubenzer公司研制而成。该系统以迪拜T3项目为例，如下所示：图2中（1）为速度传感器，（2）为安全联轴节锁定限位，（3）为挂舱限位，（4）挂舱限位感应盘，（5）为安全联轴节，（6）为齿轮联轴节，（7）为高速制动盘，（8）为高速制动器。
正常作业时：受sOs系统PLC控制的起升低速制动器一直打开，高速制动器靠桥吊的主PLC和sOs系统的PLC控制系统联合控制，当起升机构运转时制动器打开停止时制动器闭合。当检测到发生挂仓故障时，安全联轴节上的安全装置会把驱动电机和高速制动器及其以后的运转部位分隔离开，同时高速制动器会由于sOs系统柜内的控制回路切断电源而紧急制动，与此同时低速制动器会由于液压油紧急释放回液压泵站而也紧急制动，但是整个驱动电机的转动惯量却可以通过自由旋转而自行释放掉，这样可以最大限度的降低挂舱故障对于运转机械结构的冲击。这时选择挂舱旁路，通过操作起升手柄就可以打开低速制动器，并慢慢将起升下降到合适的位置直到挂舱故障消失，再用铜锤轻轻均匀的敲击挂舱限位感应盘，使安全联轴节恢复为正常模式。图3中的（1）速度传感器其作用用来检测挂舱故障发生后起升在手柄控制下慢速下降时的速度，当检测到起升下降速度达到100RPM时，SOS会适当增加高速制动器的摩擦力，这样下降的速度会几乎保持恒定。当检测到起升速度达到300RPM时，低速制动器会自动抱死防止集装箱或吊具坠落。
这种挂舱保护装置的优点是挂舱故障发生后对整机运转机械结构的冲击小，缺点是安全联轴节部位构造复杂一旦发生挂舱故障需要熟练维修工协助处理影响挂舱故障恢复处理的时间。 3 SOS系统挂舱触发装置与倾转油缸组成
该保护装置机房内起升电机与减速箱之间的连接与正常连接方式无异，但是挂舱保护系统参与控制倾转油缸系统，以迪拜Tl项目为例，如图3所示。
当发生判断为挂舱故障时SOS系统会立即使得2kl、2k2、2k3、2k4吸合从而使得4个倾转油缸的2Y1、2Y2、2Y3、2Y4电磁阀立即接通，致使油缸内的液压油尽快释放，使防挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，从而使得吊具和集装箱在重力作用下下降一段距离，司机室里的挂舱指示灯亮起，同时会响起警报声。恢复时只需要打住旁路开关，慢慢操作起升手柄即可自动恢复正常工作‘朝。
这种挂舱保护装置的优点是结构简洁明了，缺点是体量大从而使得维修成本较高而且挂舱故障发生后由于制动器紧急制动驱动部分会有较大的机械冲击。
4 挂舱保护灵敏性和可靠性
以迪拜T4项目为例，该项目是目前世界上同类起重机中前伸距最大，大车跨距最大，起重重量最大和起重控制方式最为复杂的项目，尤为重要的是该岸边式桥式起重机还具有远程自动化的功能。对于这类岸边式桥式起重机采用了将本文中第1种挂舱保护方式和第2种挂舱判断方式相结合的挂舱保护。即一方面倾转油缸自带压力阀挂舱保护，另一方面将重量传感器也作为挂舱保护的条件之一。这样只要是一个倾转油缸内的压力达到阀值S挂或者任意一个重量传感器信号满足挂舱保护动作的条件就立即触发挂舱保护。挂舱保护动作以后同本文2-样，所有倾转油缸的回流阀立即接通致使油缸内的液压油尽快释放，利用挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，从而使得吊具和集装箱在重力作用下下降一段距离，挂舱的外界条件自行消失。
5 结束语
随着智能化技术的不断进步，尤其是在远程操作，无人操作和自动化化码头日趋流行的大趋势下，对岸边式桥式起重机的各种保护性措施的可靠性和实时性要求越来越高，尤其是挂舱保护这种涉及结构性安全的保护越来越引起人们的重视。因此很多研发机构和公司都在努力提高自己产品的技术水平。
參考文献
[1] 符敦鉴岸边式桥式起重机[M].武汉：湖北科学技术出版社.2001.
[2]李宗吴，岸桥挂舱保护装置的分析及计算[J].港口装卸，2011（4）：25-26
[3] 张卫.集装箱岸桥吊具挂舱的原因分析及应对措施[J].港口装卸，2016 （2）：43-45
关键词：岸边桥式起重机；挂仓；挂仓保护
中图分类号：TP201
文献标识码：A 文章编号：2095-6487 （2018） 01-0042-03
0 引言
岸边式桥式起重机吊具挂舱（简称吊具挂舱）统指在集装箱作业过程中，因各种原因造成岸桥吊具在起升过程中，与固定物（如船舱集装箱导槽，固定在船上的集装箱）发生钩挂或干涉，造成起升负荷瞬间严重过载，对起升机构和岸桥结构施加巨大过载冲击的非正常状态。一般人们认为可以利用岸桥起升马达的力矩保护实现挂仓保护的作用，为什么还要求挂舱保护呢？因为这些保护在起升上升过程中需要考虑冲击的虚假超负荷，因此设有延时，比如2s才能发出保护指令，但若真的超负荷很大2s的延迟将会出事故。为此又加设只要起重达120%额定载荷时立即驱动断电，几毫秒后实现控制断电。如果此时是挂舱故障，或集装箱没有解锁或吊具冲顶，由于速度很快，将导致起升绳拉力和桥吊负荷急剧增加，危及起重机的安全。本文叙述了目前应用最多的3种挂舱保护方式，并分析了其各自的优缺点[1]。
1 挂舱保护的类型及分析
（1）目前运用较多的挂舱保护系统是和倾转系统在一起的，功能由位于后大梁尾部的多功能液压系统执行。这个液压系统由1个液压泵站及4个液压油缸和阀组等组成。液压油缸与主起升钢丝绳改向滑轮相连，同时其由内置的位移传感器监控油缸的伸缩行程，正常工作时通过这4个油缸的组合伸缩可以实现吊具的前后倾、左右倾、左右旋。在油缸上有一个与其连接的压力阀值触发装置便是挂舱保护装置。当挂舱发生时，由于钢丝绳的拉力将迅速增大，拉力通过所在滑轮传导至与滑轮连接的挂舱油缸，导致油缸的压力也相应地增大。当4个油缸中任何一个油缸压力达到压力阀预设值S挂时相应压力开关动作，该信号传输至PLC，由PLC通过逻辑计算紧急停止起升上升，同时溢流阀将打开，使防挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，整个挂舱保护动作在不到一秒时间内完成。挂舱发生后，司机室里的挂舱指示灯亮起，同时会响起警报声，此时起升机构只能通过旁路旋钮慢速下降，以释放钢丝绳的张紧力。S挂的设定不能设得太小，设得太小，会将正常工作中的载荷冲击值误认为挂舱处理。S挂也不能设得太大，设得太大，会导致各相应的部分受力太大。根据分析和使用经验S挂一般设为S挂-1.56S额或S挂-1.25S额（偏载冲击） 值得注意的是，这个值不是不可调整的，它与起重机有关抗冲击能力有关。一般来说在不影响正常工作情况下进行设定，如发现原来的设定值不是在挂舱或不是冲顶时就起作用，则说明设定值太低，应相对将S挂调整大些。
这种挂舱保护装置的优点是结构简洁明了，但是挂舱监测功能实时性相对较好，缺点是体量大从而使得维修成本较高而且挂舱故障发生后由于制动器紧急制动驱动部分会有较大的机械冲击。
（2）由Bubenzer公司开发的利用重量传感器作为挂舱保护条件的组合保护装置sOs挂舱保护系统（后面简称sOs系统）。首先先介绍SOS系统的挂舱保护的触发装置，然后再介绍该触发装置其他机构组合挂舱保护的情况[2]。
首先该装置每个重量传感器都采用双通道模式来采集其称重信号，原理图如图1。
由图l所示其中一个通道的重量传感器信号直接连接到SOS系统的PLC的模拟量安全模块上，另一个通道的重量传感器模拟量信号通过图中箭头所示的BROSA模块快速处理过后连接到与前面同个模拟量安全模块的不同通道上，这样两个通道的模拟量信号其中任意一个达到预设值S挂都会触发挂舱保护。而且同时BROSA模块根据采集的重量传感器信号与模块中预设的数值进行比较产生一个数字量信号，该数字量同样传递给SOS系统的PLC进行集中处理，这样就确保了挂舱保护判断的可靠性，但是这种挂舱保护的判断存在一定的缺陷就是需要考虑岸边式桥式起重机起升吊重物突然上升的虚假冲击超负荷，因此设有一些延时。
2 触发装置与起升安全联轴节组成
安全联轴节是安装在起升驱动机构特殊的联轴节，它和制动器一起来实现挂仓保护，该联轴节由Bubenzer公司研制而成。该系统以迪拜T3项目为例，如下所示：图2中（1）为速度传感器，（2）为安全联轴节锁定限位，（3）为挂舱限位，（4）挂舱限位感应盘，（5）为安全联轴节，（6）为齿轮联轴节，（7）为高速制动盘，（8）为高速制动器。
正常作业时：受sOs系统PLC控制的起升低速制动器一直打开，高速制动器靠桥吊的主PLC和sOs系统的PLC控制系统联合控制，当起升机构运转时制动器打开停止时制动器闭合。当检测到发生挂仓故障时，安全联轴节上的安全装置会把驱动电机和高速制动器及其以后的运转部位分隔离开，同时高速制动器会由于sOs系统柜内的控制回路切断电源而紧急制动，与此同时低速制动器会由于液压油紧急释放回液压泵站而也紧急制动，但是整个驱动电机的转动惯量却可以通过自由旋转而自行释放掉，这样可以最大限度的降低挂舱故障对于运转机械结构的冲击。这时选择挂舱旁路，通过操作起升手柄就可以打开低速制动器，并慢慢将起升下降到合适的位置直到挂舱故障消失，再用铜锤轻轻均匀的敲击挂舱限位感应盘，使安全联轴节恢复为正常模式。图3中的（1）速度传感器其作用用来检测挂舱故障发生后起升在手柄控制下慢速下降时的速度，当检测到起升下降速度达到100RPM时，SOS会适当增加高速制动器的摩擦力，这样下降的速度会几乎保持恒定。当检测到起升速度达到300RPM时，低速制动器会自动抱死防止集装箱或吊具坠落。
这种挂舱保护装置的优点是挂舱故障发生后对整机运转机械结构的冲击小，缺点是安全联轴节部位构造复杂一旦发生挂舱故障需要熟练维修工协助处理影响挂舱故障恢复处理的时间。 3 SOS系统挂舱触发装置与倾转油缸组成
该保护装置机房内起升电机与减速箱之间的连接与正常连接方式无异，但是挂舱保护系统参与控制倾转油缸系统，以迪拜Tl项目为例，如图3所示。
当发生判断为挂舱故障时SOS系统会立即使得2kl、2k2、2k3、2k4吸合从而使得4个倾转油缸的2Y1、2Y2、2Y3、2Y4电磁阀立即接通，致使油缸内的液压油尽快释放，使防挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，从而使得吊具和集装箱在重力作用下下降一段距离，司机室里的挂舱指示灯亮起，同时会响起警报声。恢复时只需要打住旁路开关，慢慢操作起升手柄即可自动恢复正常工作‘朝。
这种挂舱保护装置的优点是结构简洁明了，缺点是体量大从而使得维修成本较高而且挂舱故障发生后由于制动器紧急制动驱动部分会有较大的机械冲击。
4 挂舱保护灵敏性和可靠性
以迪拜T4项目为例，该项目是目前世界上同类起重机中前伸距最大，大车跨距最大，起重重量最大和起重控制方式最为复杂的项目，尤为重要的是该岸边式桥式起重机还具有远程自动化的功能。对于这类岸边式桥式起重机采用了将本文中第1种挂舱保护方式和第2种挂舱判断方式相结合的挂舱保护。即一方面倾转油缸自带压力阀挂舱保护，另一方面将重量传感器也作为挂舱保护的条件之一。这样只要是一个倾转油缸内的压力达到阀值S挂或者任意一个重量传感器信号满足挂舱保护动作的条件就立即触发挂舱保护。挂舱保护动作以后同本文2-样，所有倾转油缸的回流阀立即接通致使油缸内的液压油尽快释放，利用挂舱油缸收缩吸收机械系统内惯性能量，从而使得吊具和集装箱在重力作用下下降一段距离，挂舱的外界条件自行消失。
5 结束语
随着智能化技术的不断进步，尤其是在远程操作，无人操作和自动化化码头日趋流行的大趋势下，对岸边式桥式起重机的各种保护性措施的可靠性和实时性要求越来越高，尤其是挂舱保护这种涉及结构性安全的保护越来越引起人们的重视。因此很多研发机构和公司都在努力提高自己产品的技术水平。
參考文献
[1] 符敦鉴岸边式桥式起重机[M].武汉：湖北科学技术出版社.2001.
[2]李宗吴，岸桥挂舱保护装置的分析及计算[J].港口装卸，2011（4）：25-26
[3] 张卫.集装箱岸桥吊具挂舱的原因分析及应对措施[J].港口装卸，2016 （2）：43-45