堆场集装箱起重机的安全设备分析

摘要：最常见集装箱起重机有两种，一种是岸边集装箱起重机，它位于码头的岸边，是将集装箱船上的集装箱吊下来到集装箱卡车上或是将集装箱卡车上的集装箱吊到集装箱船上的设备。一种是堆场集装箱起重机，它位于码头的集装箱堆场里，是将集卡上的集装箱吊起堆放在堆场或是将堆场上的集装箱吊到集卡上的设备。通常的堆场集装箱起重机有两种，一种大车行轮子是橡胶轮胎式，俗称轮胎吊。一种大车轮子是象火车轮子式的，在固定的轨道上行走的，俗称轨道吊。无论是轮胎吊或是轨道吊，为了保证设备能安全，高效地运行，它们都配备有很多安全设备，下面来分析一下主要的安全设备。

关键词：集装箱;起重机;安全设备

一，声音和灯光报警装置。最常用的声音和灯光报警装置是安装在大车的4个角上，其作用是在当集装箱起重机的大车在行走时发出声音和灯光报警，以提醒地面人员，堆场上过往的集卡司机注意避让，以确保行人，集卡和集装箱起重机的安全，防止发生碰撞。声音和灯光报警装置有两种形式：一种是声音和灯光报警分开的装置;另一种是声音和灯光报警一体化的装置。报警声音有多种：有电铃声（报警器为电铃），火灾报警声，警笛声等等。灯光的颜色多数是红色，也有黄色或绿色的。报警灯的形式有频闪灯和回旋灯两种。声音和灯光报警装置除了用于大车行走警示外，也有用于其他功能的，如：用于提醒集卡司机，用于限位旁路警告，用于轮胎吊的车轮转向报警，用于小车行走报警，用于吊具伸缩报警等等。

二，闭路电视监控系统（CCTV）。CCTV系统中最常用的是安装在大车的4个角上。因为堆场集装箱起重机处于集装箱堆场之中，如果集装箱堆到了一定的高度，司机就无法看到远端大车车道上的情况，这种情况下，配置大车车道CCTV系统，就可以在大车运行时提供车道的情况给司机，以确保堆场集装箱起重机行车的安全。通常在司机室的监视画面为4分屏画面，在大车不动时显示4个车道的情况，当大车运行时就显示运行方向的两个车道的情况。除了用于大车行走的CCTV系统，也有的CCTV系统是用于监控其他功能的，如监控市电集装箱起重机电缆卷筒过坑情况。

三，大车防撞装置。大车防撞装置主要有3种：1，大车与集装箱之间的防撞装置。这个功能通常是在轮胎吊上配置的，因为轮胎吊没有固定的轨道，会出现走偏的情况。通常这个装置包括4个安装在大车4个角上的长触杆机械限位，限位触杆长度在700mm左右。如果大车在车道上走偏，其中的一个限位的触杆就会碰到集装箱并使限位动作，控制系统就会停止大车运行，防止起重机撞到集装箱。防触箱限位也有采用接近限位的，限位感应的距离可以设定为适当的距离。2，大车和大车之间的防撞装置。这种装置通常安装在大梁上，当两辆大车的距离在一定值时，防撞装置会发出减速或停车信号，控制系统就控制大车减速或停车，防止相撞。感应距离和两辆大车的相对最大速度，大车的减速时间，以及防撞设备的位置有关，减速信号一般可设在25到30米之间，停车信号一般可设15米到20米之间。大车之间防撞装置一般有红外线，超声波，激光等形式的。最近还开发出一种通过DGPS系统来确定两辆相邻的集装箱起重机的位置来实现防撞的功能。3，大车和地面障碍物之间的防撞。目前常用的是可编程的激光式的平面扫描仪。为完成这项功能，平面扫描仪理想的安装位置应该在离地面1～1.5米左右的高度，扫描线路是斜向下到离地面一定的高度，如150mm，扫描宽度应该稍大于机器近（远侧）在车道方向的宽度。对于轮胎吊，安装位置没有什么问题，可以安装在大车防撞框下面。对于轨道吊，就无法在这个高度安装检测设备了，因为轨道吊还有一个大车缓冲器，凸出2米左右的距离。扫描仪的扫描平面要避开大车缓冲器，如果安装在大车缓冲器下面，最高扫描高度将为700mm左右，如果有集卡停在车道上，因集卡轮胎间的车板部分要高于700mm，这样扫描仪就会因扫描不到车板而不报警，结果会出现轨道吊和集卡碰撞的情况。所以对于轨道吊，扫描仪只能安装在缓冲器的上方，高度要根据扫描的距离，缓冲器的最凸出点，可安装的位置确定，通常距离地面大于2米。这样的高度，扫描效果要比轮胎吊差。对于轨道吊，通常缓冲器上还安装了一个限位，当缓冲器受压迫时，该限位动作，控制系统将控制大车紧急停止运行。

四，起升机构超速开关。起升机构的超速开关通常有2个位置可供安装：1，安装在起升电机上，通常起升电机的额定速度在1700RPM左右，因此这是高速超速开关。当起升电机的速度到达高速超速开关设定的超速值时，高速超速开关动作，控制系统将控制起升机构紧急停止运行。2，安装在起升卷筒机构上的，通常卷筒机构的速度较低，在30RPM左右，所以这是低速的超速开关。当起升卷筒的速度到达低速超速开关设定的超速值时，低速超速开关动作，控制系统将控制起升机构紧急停止运行。高速超速开关和低速超速开关的设定值一般为相应安装位置的额定速度的115%。高速超速开关因为速度较高，所以误差较小。低速超速开关因为速度较低，误差较大，但因为低速超速开关安装在起升传动机构中最后的环节，检测的环节更多，更安全。也有在起升卷筒处配高速超速开关和增速器来提高精度的，但成本较高。常见的超速开关有电子式和离心式两种。

五，起升行程控制限位。起升行程控制限位为一个凸轮限位，通常有如下几副触點：上升停止，上升减速（或上升速度检测），下降减速（或下降速度检测），下降停止。为配合凸轮限位完成行程控制功能，有的系统还配备有同步限位。同步限位有的是采用凸轮限位另外的触点实现，也有的是完全采用另外的限位实现的。采用凸轮限位触点来作同步限位优点是比较方便，但时间长了会由于起升钢丝绳的拉长而产生误差。目前较先进的控制系统对于起升减速和停止控制是智能控制，通过同步限位获得起升位置的基准点，然后提供电机编码器来检测起升机构运行时的当前位置，根据起升的速度和当前位置确定在哪一个位置减速或停止，以使起升或下降运行功能更加高效和安全。为防止凸轮限位或编码器等失效而造成的碰撞，系统还配置有起升超程限位。常用的起升超程限位是重锤限位的型式，安装在小车架上，如果起升高度过高，重锤被安装在吊具上架上的挡块碰撞引起重锤限位动作，控制系统立即紧急停止起升运行，保证了吊具上架不和小车架碰撞。

六，小车行程控制限位。小车行程控制限位通常有小车前、后减速限位（或前、后速度检测限位），小车前、后停止限位，小车前、后超程限位。有的系统还配备有小车同步限位。小车同步限位也有用某个减速限位的另一副触点实现的。目前较先进的控制系统对于小车减速和停止控制是智能控制，这和起升机构的减速和停止的智能控制相似。

七，吊具防摇系统。吊具防摇系统的作用是在起重机作大车，小车等方向运行时将吊具的晃动限制在一定幅度内，以避免吊具和集装箱，吊具和起重机自身发生碰撞，保证作业和机器的安全、高效。相对于岸边集装箱起重机，堆场集装箱起重机的起升高度较低，因此防摇系统一般是机械防摇。机械防摇目前常用的有两类：8绳防摇和4绳防摇。8绳防摇完全是通过对起升钢丝绳的缠绕方向的设计来达到对吊具的防摇功能，优点是性能可靠、稳定、优秀、无故障，缺点是占用小车架的空间较大，吊具上架也较大。4绳防摇是传统的机械防摇，由4个力矩电机和风机，2个防摇制动器和专门的4根防摇钢丝绳组成。控制一接通，力矩电机和风机就工作，使得4根防摇钢丝绳受力以对抗吊具的晃动。目前先进的4绳防摇系统是采用变频电机来代替普通力矩电机，通过变频器来控制变频电机的力矩大小以更好地适应吊具在不同角度，不同负载时的晃动，效果也相当不错。

八，称重系统。称重系统由4个重量传感器组成。对于4绳防摇系统的堆场集装箱起重机，重量传感器安装在小车架上。对于8绳防摇系统的堆场集装箱起重机，重量传感器安装在吊具上架上。控制系统根据重量传感器输入的模拟量信号计算出吊具下的负载重量，如果有偏载，单边过载，总重过载等情况出现，就停止起升动作，在旁路过载报警的情况下，只能缓慢的下降，以安全地卸下过重的负载，确保机器自身的安全。通过重量传感器的输入数据，控制系统还可检测出起升钢丝绳是否处于松绳状态，如果是在松绳状态，起升的速度就被限制在额定速度的10%，以避免出现起升钢丝绳挂在堆场的集装箱角上而损伤钢丝绳。

九，防集卡吊起系统。防集卡吊起系统是用来防止集卡在锁头未开启时被吊起的系统。硬件配置为：1.安装红外线传感器或激光传感器4个。其中两个分布在近侧，另外两个分布在远侧。传感器的测量距离要求为大于3.5米，精度要求为0.1米。传感器安装高度A=Max（Ф1，Ф2，Ф3…）+Δ+10cm其中Ф为码头各种集卡的高度，Δ为轮胎吊在满载和空载时传感器的高度差，10cm为水平角度偏差控制量。传感器安装的位置为距离轮胎吊中心2.5m处，这样既能满足20尺又能满足40尺的要求。传感器的支架要让传感器能在高度上有±10cm可以调整，水平角度能有±5度可以调整。2.起升绝对位置编码器。如果没有绝对值编码器可以通过求速度的积分来代替。控制原理为：1，通过小车绝对值编码器或小车减速限位以及起升绝对位置编码器来判断此时吊具高度正好在集卡的集装箱上。2，在起升后着箱信号消失且延时0.5秒后记录下此时吊具高度，起升再升高一定距离后开始检测传感器的信号。在此检查周期内如果传感器没有信号就说明集卡没有被吊起，如果传感器有信号就停止起升并报警。

十，吊具下降防撞装置。有的系统配备了吊具下降防撞装置，以避免和集装箱或地面，或集卡车板相碰，确保了安全。一般是在吊具的前后方向的端梁的内侧面安装2个距离传感器，传感器的检测距离可调节在2.5米左右。在空吊具下降过程中，当有任何一个传感器有信号输入给控制系统时，控制系统就自动控制起升减速到10%以避免吊具和集装箱等的严重碰撞。同时可以发出声音信号以提醒操作人员注意。

十一，防吊具电缆出框装置。

堆场集装箱起重机和岸边集装箱起重机不同，吊具电缆一般是采用重力下降自动回收的方式入框。这种入框方式容易受到电缆重量，电缆安装情况，吊具晃动，大风等因素的影响而出框，进而导致刮坏，扯断吊具电缆的情况出现。防吊具电缆出框装置是在吊具上架的电缆储篮框上边安装3个接近限位和一个由弹簧支撑的铁环，如果电缆出框，铁环就被压下降并使其中一个限位感应，控制系统就控制起升机构停止运行，在旁路此故障后可以由司机缓慢操作以使吊具电缆重新回到电缆储篮框内

十二、結束语

以上的安全设备是堆场集装箱起重机上应用的安全设备，正是这些设备保证了起重机的高效和安全。这些全设备是随这集装箱起重机的发展而逐步开发完善的，我们相信，随着集装箱起重机的不断发展，将来还会出现更多的安全装置。

参考文献：

[1]慧，欧阳韦平.基于AHP的岸边集装箱起重机安全评价方法[J].港口科技，2017（10）：46-49.

[2]林凯.集装箱起重机的安全性研究[J].企业导报，2012（06）：274-275.

作者简介：

李斌（1982.09.01）性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁.