伸缩式电磁吊具设计及应用

温宏杰 王磊 赵杰 法磊 卢全伟

山东港口集团青岛港董家口分公司 山东青岛 266000

在港口装卸中，为实现人机分离，提高装卸作业安全系数，普遍使用电磁吊具进行盘元、圆钢、钢板等货种装卸作业，但目前传统电磁吊具框架为固定式，仅适用于指定规格的盘圆、较短的五金货种装卸作业，无法进行长于6米的圆钢、螺纹钢等长五金货种装卸作业。目前在港口行业，长五金货种进行市入和市提作业时，仍采用“吊车+工人”人机配合作业模式，这种人机配合作业模式至少需要4名装卸工与吊车进行频繁、密切配合[1]。

1 伸缩式电磁吊具设计

首先针对电磁吊具无法伸长问题加以研究，对原有电磁吊具下方吊具结构进行改造，增加电机加涡轮蜗杆，从而达到吊具伸缩功能，使得电磁吊具最长可伸缩到10米，可同时兼顾6-12米H型钢、单支圆棍、钢板、螺纹钢等长五金装卸作业。另外为解决正面吊卸高边车过程中，司机无法观察到高边车内部的状况，有较大视线盲区的难点，在吊具四个角增加全覆盖摄像头，可以清晰拍摄到高边车内部场景，同时创新使用无线蓝牙传输技术，将信号传输至驾驶室显示器，司机在驾驶室内就可以直接观察到现场作业状况，提高了作业效率，提升了作业安全系数，同时减少监护工人使用，大大降低了人机配合带来的风险。

1.1 伸缩式电磁吊具结构

（1）电机+涡轮蜗杆：电机选用高效率三相异步电动机，选用的电机具有低能耗、低噪音、高效率、高精度的特点，同时内部使用纯铜线圈，配有冷轧硅矽钢片，有较好的韧性、承受力和耐磨性；一次成型保证高精度低误差，采用高强度精钢压铸，寿命比一般轴承长，在使用轴承活动时，摩擦系数低，有高灵活关节等特点。

（2）全覆盖摄像头：选用半球式高清摄像头，输出分辨率达到高清画质；兼有红外技术，能保证无灯光环境下红外夜视；采用POE线连接，稳定可靠。

（3）吊梁框架：吊梁长度6米，上挂孔4个，下吊点4组；承载额定重量30吨，材料为Q345的钢材。

（4）发电机组：此电磁吊具发电机组具有整机超载过载保护功能，同时在外部能直观观察到输出指示灯、燃油表、电流表、电压表、机油压力表、燃油低位报警灯及报警装置。发电机组满足室外作业要求，发电机及其配电箱防护等级高于IP65，工作温度能够适应港区环境温度。

（5）电磁铁：电磁铁组采用电磁铁联吊方式。井架式吊梁下方设置4组电磁铁吊耳用于悬挂4台电磁铁，吊梁伸缩总长度为8米，中间2台电磁铁中心间距2.5米固定悬挂，左右2台电磁铁采用电动伸缩吊具。吸吊6米长物料时，吊具电动控制缩短至6米，可吸吊6米内长五金物料，吸吊9-12米长物料时，吊具伸至8米，吸吊9-12米长物料。

（6）电控柜：整流柜与充电柜都是不锈钢材质，并且为一体化设计，减少安装所占用空间；电控柜整流变压器为西门子品牌，充磁消磁所有动作全部在驾驶室控制，具备货物吊装可以强弱磁转换功能，调磁功能可从0-250V无级调节实现调节磁力大小。

备用电源采用高性能酸性免维护电池一组，具有密封性能好、自放电率低、使用寿命长、温度范围广、免维护的特点；充电部分采用全自动一体化充电机，“强充”“浮充”自动转换，和过流、过充、过放保护功能。所有单体蓄电池具有多功能巡检监测蓄电池组，蓄电池电压、电流、内阻、温度等状态在线监测，配备液晶屏显示。

停电保磁安全可靠，输入电压交流380V，输出电压直流220V，输出功率≥55kW，充退磁时间≤3s，停电保磁时间≥30min，当电磁盘处于工作状态时若遇停电或电路故障，控制系统能100%自动切换备用电源投入供电，同时发出声光报警，保证被吸吊物不会落下[2]。

1.2 伸缩式电磁吊具特点与应用

我们设计研发并制作的可伸缩电磁吊具，其特点就在于电机传动加蜗轮蜗杆，我们采用电动机转动带动齿圈与蜗轮蜗杆进行传动，由涡轮带动链条运动，从而实现吊具梁的伸缩功能。涡轮与蜗杆是用来传递两交错轴之间的运动和动力装置，涡轮与蜗杆在其中间平面内，相交于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似，蜗杆齿数小，单级传动就可以获得较大传动比。蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合转动，结构紧凑，传动平稳，震动和冲击的噪音很小。两轮啮合齿面为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构，当蜗杆的导程角小于啮合齿轮间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可以实现反向自锁，只能蜗杆带动涡轮，而不能有涡轮带动蜗杆，自锁蜗杆机构可以实现安全保护作用。

伸缩式电磁吊具已完成设计与制作过程，在设计制作过程中，通过无数次的调试，对各部器件相互之间配合动作、各器件的最佳位置进行调整，并多次模拟现场实际生产状况，进行空载、重载负荷测试，均达到预期目标，目前已投入现场实际生产作业中。在生产作业中，伸缩式电磁道具能够较快调整吊具之间的间距，能保证在吸吊6米长物料时，吊具电动控制缩短至6米，可吸吊6米内长五金物料，包括盘元、短五金件。在吸吊9-12米长物料时，吊具可以伸至8米，吸吊9-12米长物料，包括6-12米H型钢、单支圆棍、钢板、螺纹钢等长五金。

2 经济效益

采用伸缩式电磁吊具进行五金吊装作业，可以减少传统“吊车+人工”人机配合的作业模式，节省作业中的调头、穿钢丝扣、上下车等辅助环节，提高效率，减少辅助作业人员，综合节省成本显著[3]。

（1）人工成本：采用伸缩式电磁吊具进行五金作业，相对于传统作业模式，可以节省4名卸车工人成本，每年约节省40余万元。

（2）材料成本：采用伸缩式电磁吊具进行五金作业，可以节省传统作业模式中的各类材料消耗，包括吊车的钢丝绳、钩头等材料，经过详细测算，每年可节省费用约为8万。

（3）能源成本：正面吊作业效率240（t/h）、油耗30（L/h），吊车80（t/h）、油耗15（L/h），作业效率可以提升300%，按照煤每年度120万吨长五金作业量计算，可节省燃油费用4万元。

综合核算，改造后每年可节省直接经济成本约52万元。